DE102022105199A1

DE102022105199A1 - Sensor sowie damit gebildetes Meßsystem

Info

Publication number: DE102022105199A1
Application number: DE102022105199.4A
Authority: DE
Inventors: Anton Rieger
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2022-03-04
Filing date: 2022-03-04
Publication date: 2023-09-07
Also published as: WO2023165901A1

Abstract

Der Sensor umfaßt einen zumindest abschnittsweise flachen Verformungskörper (111) mit einer ebenen Oberfläche (111+) und einer gegenüberliegenden ebenen Oberfläche (111#), eine sich ausgehend von der ersten Oberfläche (111+) des Verformungskörpers erstreckende Sensorfahne (112), einen sich ausgehend vom Verformungskörper erstreckende Anschlußhülse (113), ein innerhalb der Anschlußhülse (113) angeordnetes, die Oberfläche (111+) des Verformungskörpers mit einer Kontaktfläche kontaktierendes Wandlerelement (12) zum Generieren eines zeitlich ändernde Bewegungen der Sensorfahne und/oder zeitlich ändernde Verformungen des Verformungskörpers repräsentierenden elektrischen Sensorsignals, sowie innerhalb der Anschlußhülse (113) positionierte und damit mechanisch verbundene Befestigungsmittel zum Fixieren des Wandlerelements (12) in der Anschlußhülse (113). Die Anschlußhülse weist in einem vom Verformungskörper (111) entfernten distalen Ende ein Innengwinde auf und die Befestigungsmittel (13) umfassen eine ein Außengewinde aufweisende (Innen-)Schraubhülse (132) sowie ein zylinderförmiges Beilagelement (133). Zudem sind die Schraubhülse (132) in das Innengwinde eingeschraubt und das Beilagelement (133) zwischen (Innen-)Schraubhülse und Wandlerelement positioniert, derart daß mittels der Schraubhülse ein Widerlager für das Beilagelement gebildet und zumindest das Beilageelement unter Ausübung einer das Wandlerement gegen den Verformungskörper gedrückt haltende Anpreßkraft bzw. unter Bildung zumindest eines Wandlerement und Verformungskörper miteinander verbindenden Kraftschlusses elastisch verformt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen gebildeten Sensor, insb. einen Sensor zum Erfassen von Druckschwankungen in einem strömenden Fluid, bzw. ein damit gebildetes Meßsystem.
In der Prozeßmeß- und Automatisierungstechnik werden für die Messung von Strömungsgeschwindigkeiten von in Rohrleitungen strömenden Fluiden, insb. schnellströmenden und/oder heißen Gasen und/oder Fluidströmen von hoher Reynoldszahl (Re), bzw. von mit einer jeweiligen Strömungsgeschwindigkeit (u) korrespondierenden Volumen- oder Massenströmen oftmals als Vortex-Durchflußmeßgeräte ausgebildete Meßsysteme verwendet. Beispiele für solche, Meßsysteme sind u.a. aus der der US-A 2006/0230841 , der US-A 2008/0072686 , der US-A 2011/0154913 , der US-A 2011/0247430 , der US-A 2016/0123783 , der US-A 2017/0284841 , der US-A 2019/0094054 , der US-A 60 03 384 , der US-A 61 01 885 , der US-B 63 52 000 , der US-B 69 10 387 oder der US-B 69 38 496 bekannt und werden u.a. auch von der Anmelderin selbst angeboten, beispielsweise unter der Warenbezeichnung „PROWIRL D 200“, „PROWIRL F 200“, „PROWIRL O 200“, „PROWIRL R 200“ (http://www.de.endress.com/#products/prowirl).
Die gezeigten Meßsysteme weisen jeweils einen in das Lumen der jeweiligen, beispielsweise nämlich als Anlagenkomponente eines Wärmeversorgungsnetzes oder eines Turbinenkreislaufes ausgebildeten, Rohrleitung bzw. in ein Lumen eines in den Verlauf nämlicher Rohrleitung eingesetzten Meßrohrs hineinragenden, mithin vom Fluid angeströmten Staukörper zum Erzeugen von zu einer sogenannten Kärmänschen Wirbelstrasse aufgereihten Wirbeln innerhalb des unmittelbar stromabwärts des Staukörpers strömenden Teilvolumens des Fluidstroms auf. Die Wirbel werden dabei bekanntlich mit einer von der Strömungsgeschwindigkeit abhängigen Ablöserate (1/fvt_x) am Staukörper generiert. Ferner weisen die Meßsysteme einen in den Staukörper integrierten bzw. mit diesem verbundenen oder stromabwärts desselben, nämlich im Bereich der Kärmänschen Wirbelstrasse in die Strömung, mithin in Lumen der hineinragenden Sensor auf, der dazu dient Druckschwankungen in der im strömenden Fluid ausgebildeten Kärmänschen Wirbelstrasse zu erfassen und in ein die Druckschwankungen repräsentierendes Sensorsignal zu wandeln, nämlich ein - beispielsweise elektrisches oder optisches - Signal zu liefern, das mit einem innerhalb des Fluids herrschenden, infolge gegenläufiger Wirbel stromab des Staukörpers periodischen Schwankungen unterworfenen Druck korrespondiert bzw. das eine mit der Ablöserate der Wirbel korrespondierende Signalfrequenz (~ fvt_x) aufweist.
Der Sensor weist dafür einen Verformungskörper sowie eine sich ausgehend von einer im wesentlichen planaren Oberfläche des Verformungskörpers erstreckenden - zumeist stabförmigen, plattenförmigen oder keilförmigen - Sensorfahne auf, und ist dafür eingerichtet, Druckschwankungen in der Kármán'schen Wirbelstrasse zu erfassen, nämlich in mit den Druckschwankungen korrespondierende Bewegungen des Verformungskörpers zu wandeln. Der Verformungskörper weist ein - zumeist kreisringförmiges - äußeres Randsegment auf, das dafür eingerichtet ist, mit einer dem Haltern des Verformungskörpers an einer Wandung eines Rohrs dienenden Fassung hermetisch dicht, beispielsweise nämlich stoffschlüssige, verbunden zu werden, derart, daß der Verformungskörper eine in der Wandung des Rohrs vorgesehene Öffnung überdeckt bzw. hermetisch verschließt und daß die die Sensorfahne tragende Oberfläche des Verformungskörpers dem Fluid führenden Lumen des Meßrohrs bzw. der Rohrleitung zugewandt ist, mithin die Sensorfahne in nämliches Lumen hineinragt. Der Verformungskörper ist typischerweise als eine dünne Membran ausgebildet und dabei so geformt, daß zumindest eine Membran-Dicke, gemessen als eine minimale Dicke eines durch das vorbezeichnete äußere Randsegment begrenzten inneren Membransegment, sehr viel kleiner als ein Membran-Durchmesser, gemessen als ein größter Durchmesser einer durch das äußere Randsegment begrenzten Fläche ist. Um eine möglichst hohe Meßemepfindlichkeit, nämliche eine möglichst hohe Empfindlichkeit des Sensors auf die zu erfassenden Druckschwankungen und zugleich eine möglichst hohe, nämlich oberhalb der höchsten zu messenden Ablöserate liegende mechanische Eigenfrequenz für den durch die Druckschwankungen erzwungenen Biegeschwingungsmode des Verformungskörpers mit der Sensorfahne zu erzielen, weisen derartige Verformungskörper etablierter Meßsysteme typischerweise ein Durchmesser-zu-Dicke-Verhältnis auf, das etwa in der Größenordnung von 20:1 liegt. Wie u.a. in den eingangs erwähnten US-A 2016/0123783 , der US-A 2017/0284841 , der US-A 2019/0094054 , bzw. US-B 63 52 000 gezeigt, können Sensoren der in Rede stehenden Art gelegentlich zudem einen sich ausgehend von einer der die Sensorfahne tragende Oberfläche abgewandten Oberfläche des Verformungskörpers erstreckenden, zumeist stab-, platten- oder hülsenförmig ausgebildeten Ausgleichskörper aufweisen, der im besonderen dazu dient, aus Bewegungen der Sensorbaugruppe resultierenden Kräften bzw. Momenten, beispielsweise infolge von Vibrationen der Rohrleitung, zu kompensieren bzw. daraus resultierende unerwünschte Bewegungen der Sensorfahne zu vermeiden.
Zwecks des Generierens des Sensorsignals umfaßt jeder der Sensoren ferner jeweils ein (mechanisch-zu-elektrisches) Wandlerelement, das typischerweise dafür eingerichtet ist, Bewegungen des Verformungskörpers zu erfassen und in ein elektrisches Sensorsignal zu wandeln. Bei den aus der US-A 2017/0284841 , der US-A 2019/0094054 bzw. US-B 63 52 000 bekannten Sensoren ist nämliches Wandlerelement mittels einer Piezokeramik gebildet, beispielsweise in Form einer Piezo-Scheibe.
Der Sensor ist auf einer dem Fluid führenden Lumen abgewandten Seite ferner mit einer - typischerweise druck- und schlagfest gekapselten, ggf. auch nach außen hin hermetisch abgedichteten - Umformer-Elektronik verbunden. Umformer-Elektroniken von industrietauglichen Meßsysteme weisen üblicherweise eine entsprechende, mit dem Wandlerelement via Anschlußleitungen, ggf. unter Zwischenschaltung elektrischer Barrieren und/oder galvanischer Trennstellen, elektrisch verbundene digitale Meßschaltung zum Verarbeiten des wenigstens einen vom Wandlerelement erzeugten Sensorsignals und zum Erzeugen von digitalen Meßwerten für die jeweils zu erfassende Meßgröße, nämlich die Strömungsgeschwindigkeit, den Volumenstrom und/oder den Massenstrom, auf. Die üblicherweise in einem Schutz-Gehäuse aus Metall und/oder schlagfestem Kunststoff untergebrachte Umformer-Elektronik industrietauglicher bzw. in der industriellen Meßtechnik etablierter Meßsysteme stellen zudem zumeist auch einem Industriestandard, beispielsweise der DIN IEC 60381-1, konforme externe Schnittstellen für die Kommunikation mit übergeordneten, beispielsweise mittels Speicherprogrammierten Steuerungen (SPS) gebildete, Meß- und/oder Reglersysteme bereit. Ein solche externe Schnittstelle kann beispielsweise als in eine Stromschleife eingliederbarerZweileiter-Anschluß ausgebildete und/oder mit etablierten industriellen Feldbussen kompatible ausgebildet sein.
Nicht zuletzt aufgrund des Meßprinzip bedingt relativ hohen Durchmesser-zu-Dicke-Verhältnisse des Verformungskörpers weisen konventionelle Sensoren der in Rede stehenden Art - selbst bei Verwendung einer hochfesten Nickelbasislegierung, wie z.B. Inconel 718 (Special Metals Corp.), als Material - zumeist eine Druckfestigkeit, nämlich einen maximal zulässiger Betriebsdruck, oberhalb dem eine nicht reversible plastische Verformung des Sensors oder gar ein Bersten des Verformungskörpers zu besorgen ist, auf, die für in bestimmten Anwendungen gelegentlich tatsächlich auftretende extrem hohe Drücke bzw. Druckstöße zu niedrig sein kann, bzw. weisen solche Sensoren eine für solche Anwendungen zu ungünstige Abhängigkeit nämlicher Druckfestigkeit von der Betriebstemperatur (Druck-Temperatur-Kurve) auf, derart, daß beispielsweise für in eigentlich prädestinierten Heißdampfanwendungen mit Dampftemperaturen von über 200 C gelegentlich, beispielsweise infolge sogenannter kondensationsinduzierte Wasserschlägen (CIWH - condensation induced water hammers), auftretende Betriebsdrücken oberhalb von 100 bar ein zerstörungsfreies Widerstehen nicht mehr garantiert werden kann.
Zur Verbesserung der Druckfestigkeit des Sensors ist in der US-A 2016/0123783 beispielsweise eine wandlerelementseitig angeordnete, mithin im Betrieb vom zu messenden Fluid nicht kontaktierte Abstützvorrichtung für den Verformungskörper gezeigt, gegen die der Verformungskörper bei einem über einem vorbestimmten Grenzwert liegenden statischen Druck von beispielsweise mehr als 40 bar teilweise angelegt ist, derart, daß darin etablierte mechanische Spannungen auch bei höheren Drücken von bis zu 250 bar auf unterhalb einer spezifizierten maximal zulässigen Spannung gehalten werden können. Ein Nachteil dieser Lösung ist allerdings darin zu sehen, daß dabei die Empfindlichkeit des Sensors bei Überschreiten des vorbezeichneten Grenzwerts zunächst schlagartig verringert wird, mithin daß der Sensor eine vom Druck abhängige und zudem nicht-lineare Empfindlichkeit auf die Strömungsgeschwindigkeit bzw. den Volumenstrom aufweist.
Ausgehend davon besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, Sensoren mit auf dem Verformungskörper positioniertem Wandlerlement dahingehend zu verbessern, daß sie auch bei einem vergleichsweise einfachen mechanischen Aufbau ein hohe Druckfestigkeit bzw. eine auch den Einsatz in Heißdampfanwendungen mit Dampftemperaturen von über 200 °C und Druckspitzen von über 100 bar ermöglichende Abhängigkeit der Druckfestigkeit von der Betriebstemperatur aufweisen. Zudem soll der Sensor in einfacher Weise aus einzelnen Komponenten zusammensetzbar sein, beispielsweise auch um ein defekt gewordenes Wandlerelement gegen ein intaktes neues Wandlerelement leicht auswechseln zu können.
Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einem Sensor, insb. einem Sensor zum Erfassen von Druckschwankungen in einer in einem strömenden Fluid ausgebildeten Kärmänschen Wirbelstrasse, welcher Sensor umfaßt:

• einen zumindest abschnittsweise flachen, beispielsweise membranartigen bzw. scheibenförmigen, Verformungskörper, beispielsweise aus einem Metall, mit einer ebenen ersten Oberfläche und einer gegenüberliegenden ebenen zweiten Oberfläche;
• eine sich ausgehend von der ersten Oberfläche des Verformungskörpers erstreckende, beispielsweise stabförmigen oder plattenförmige oder keilförmige, Sensorfahne;
• einen sich ausgehend vom Verformungskörper erstreckende, beispielsweise damit elektrisch leitfähig verbundene, Anschlußhülse, beispielsweise aus einem Metall und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 16 · 10^-6 K^-1 und/oder nicht mehr als 17 · 10^-6 K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisenden Material;
• ein innerhalb der Anschlußhülse angeordnetes, die zweite Oberfläche des Verformungskörpers mit einer ersten Kontaktfläche, beispielsweise elektrisch leitend, kontaktierendes, beispielsweise scheibenförmiges und/oder piezokeramisches, Wandlerelement, beispielsweise aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als -6 · 10^-6 K^-1 und/oder nicht mehr als 6 · 10^-6 K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen aufweisenden Material, zum Generieren eines zeitlich ändernde, beispielsweise zumindest zeitweise periodische, Bewegungen der Sensorfahne und/oder zeitlich ändernde, beispielsweise zumindest zeitweise periodische, Verformungen des Verformungskörpers repräsentierenden elektrischen Sensorsignals und/oder zum Erzeugen einer Verformungen des Verformungskörpers bewirkenden Kraft (inverser Piezoeffekt);
• sowie innerhalb der Anschlußhülse positionierte und damit, beispielsweise wiederlösbar, mechanisch verbundene Befestigungsmittel zum, beispielsweise wiederlösbaren, Fixieren des Wandlerelements in der Anschlußhülse. Beim erfindungsgemäßen Sensor weist die Anschlußhülse in einem vom Verformungskörper entfernten distalen Ende ein Innengwinde auf und umfassen die Befestigungsmittel zudem eine ein Außengewinde aufweisende (Innen-)Schraubhülse sowie ein zylinderförmiges, beispielsweise monolithisches und/oder scheibenförmiges und/oder metallisches, Beilagelement, beispielsweise aus einem Metall und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 20 · 10^-6 K^-1 und/oder nicht mehr als 30 · 10^-6 K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen aufweisenden Material. Zudem ist die (Innen-)Schraubhülse in das Innengwinde eingeschraubt und ist das Beilagelement zwischen (Innen-)Schraubhülse positioniert, derart daß mittels der (Innen-)Schraubhülse ein Widerlager für das Beilagelement gebildet und zumindest das Beilageelement unter Ausübung einer das Wandlerement gegen den Verformungskörper gedrückt haltende Anpreßkraft bzw. unter Bildung zumindest eines Wandlerement und Verformungskörper miteinander verbindenden Kraftschlusses elastisch verformt ist, beispielsweise derart, daß eine zwischen Beilagelement und Wandlerelement bzw. zwischen Wandlerelement und Verformungskörper wirkende minimale Flächenpressung mehr als 1 MPa beträgt und/oder eine zwischen Beilagelement und Wandlerelement bzw. zwischen Wandlerelement und Verformungskörper wirkende maximale Flächenpressung weniger als 20 MPa beträgt und/oder derart, daß zwischen Wandlerement und Verformungskörper eine kraftschlüssige Verbindung gebildet ist.

Darüberhinaus besteht die Erfindung auch in einem mittels eines dem Erfassen von Druckschwankungen im strömenden Fluid, beispielsweise nämlich zum Erfassen von Druckschwankungen in einer im strömenden Fluid ausgebildeten Kärmänschen Wirbelstrasse, dienlichen erfindungsgemäßen Sensors gebildeten Meßsystem zum Messen wenigstens eines, beispielsweise zeitlich veränderlichen, Strömungsparameters, beispielsweise einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Volumendurchflußrate, eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids, welches Meßsystem ferner eine an das Wandlerelement des Sensors elektrisch angeschlossene Meß-Elektronik, die dafür eingerichtet ist, das Sensorsignal vom Sensor zu empfangen und zu verarbeiten, beispielsweise nämlich den wenigstens einen Strömungsparameter repräsentierende Meßwerte zu generieren und/oder ein, beispielsweise dem Erzeugen einer Verformungen des Verformungskörpers bewirkenden Kraft dienliches, elektrisches Treibersignal in das Wandlerelement einzuspeisen. Das erfindungsgemäße Meßsystem kann insbesondere auch zum Messen eines Strömungsparameters - beispielsweise nämlich einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Volumendurchflußrate und/oder einer Massendurchflußrate - eines in einer Rohrleitung strömenden, beispielsweise zumindest zeitweise eine Temperatur von mehr als 200°C und/oder zumindest zeitweise mit einem Druck von mehr als 100 bar auf den Verformungskörper und/oder die Sensorfahne des Sensors wirkenden, Fluids, beispielsweise einem Dampf, verwendet werden.
Nach einer ersten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist vorgesehen, daß das Wandlerelement eine, beispielsweise nicht weniger als 0,5 mm und/oder nicht mehr als 2 mm betragende, (erste) Dicke d12, gemessen bei einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung einer Normalen von dessen erster Kontaktfläche, und das Beilagelement eine, beispielsweise nicht weniger als 1 mm und/oder nicht mehr als 10 mm betragende, (zweite) Dicke d133, gemessen bei einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung der Normalen der ersten Kontaktfläche des Wandlerelements, aufweisen und ist ferner vorgesehen, daß das Wandlerelement und das Beilagelement so ausgebildet sind, daß ein Ausdehnungsdifferenzen-Verhältnis Δα21/Δα31 (des Sensors), gemessen als ein Verhältnis einer Differenz zwischen einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α2 (des Materials) des Wandlerelements und einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α1 (des Materials) der Anschlußhülse zu einer Differenz zwischen einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten a3 (des Materials) des Beilagelements und dem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α1 (des Materials) der Anschlußhülse, beispielsweise zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs, eine von einem (Feinabstimmungs-)Parameter k1 abhängige Bedingung: $\frac{d_{133}}{d_{12}} = - k 1 \cdot \frac{Δ α_{21}}{Δ α_{31}} = - k 1 \cdot \frac{α_{2} - α_{1}}{α_{3} - α_{1}}$
erfüllt, wobei der (Feinabstimmungs-)Parameter k1 nicht kleiner als 0,5 und nicht größer als 1,5, insb. größer als 0,7 und/oder kleiner als 1,2, ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß ein (Dicken-)Verhältnis d₁₃₃/d₁₂ der (ersten) Dicke d₁₃₃ des Beilagelements zur (zweiten) Dicke d₁₂ des Wandlerelements mehr als 0,5 und weniger als 7, beispielsweise nämlich nicht weniger als 2 und/oder nicht mehr als 4, beträgt.
Nach einer zweiten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Befestigungsmittel eine, beispielsweise ringförmige, Kugelscheibe, beispielsweise aus einem Metall und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 16 · 10^-6 K^-1 und/oder nicht mehr als 17 · 10^-6 K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen α,4 aufweisenden Material, umfassen, und daß die Kugelscheibe zwischen Schraubhülse und Beilagelement positioniert ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß die Kugelscheibe zumindest anteilig, beispielsweise auch überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, beispielsweise einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht und/oder daß ein (linearer) Wärmeausdehnungskoeffizienten α,4 (des Materials) der Kugelscheibe von einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α,1 (des Materials) der Anschlußhülse zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs um weniger als 2 · 10^-6 K^-1 und/oder um weniger als 10% des Wärmeausdehnungskoeffizientens α,1 (des Materials) der Anschlußhülse abweicht.
Nach einer dritten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Befestigungsmittel eine, insb. ringförmige, Isolierscheibe (135), insb. aus einer Keramik und/oder einem Kunststoff und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 30 · 10^-6 K^-1 und/oder nicht mehr als 50 · 10^-6 K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen α,5 aufweisenden Material, umfassen und daß die Isolierscheibe zwischen Wandlerelement und Beilagelement positioniert ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß die Isolierscheibe zumindest anteilig, beispielsweise auch überwiegend oder vollständig, aus einem, insb. hochtemperaturbeständigen und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 20 · 10^-6 K^-1 und/oder nicht mehr als 40 · 10⁶ K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen α,5 aufweisenden, Kunststoff, beispielsweise einem Polyimid (Kapton), besteht und/oder daß ein (linearer) Wärmeausdehnungskoeffizienten α,5 (des Materials) der Isolierscheibe von einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α,2 (des Materials) des Beilagelements zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs um weniger als 20 · 10^-6 K^-1 und/oder um weniger als 50% des (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientens α,2 (des Materials) des Beilagelements abweicht. Alternativ oder in Ergänzung kann die Isolierscheibe zudem eine (dritte) Dicke, gemessen bei einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung der Normalen der ersten Kontaktfläche des Wandlerelements, aufweisen, die nicht weniger als 0,05 mm und/oder nicht mehr als 0,5 mm beträgt.
Nach einer vierten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß Verformungskörper und Sensorfahne stoffschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise nämlich miteinander verschweißt bzw. verlötet, sind.
Nach einer fünften Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Wandlerelement und der Verformungskörper nicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Nach einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Wandlerelement und das Beilagelement nicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Nach einer siebenten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Beilagelement und der Verformungskörper aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Nach einer achten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Beilagelement aus einer Aluminiumlegierung, beispielsweise einer Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierungen (AIMgSi) bzw. einer Aluminium-Knetlegierung von der (genormten) Sorte EN AW-6061 (AIMg1SiCu), EN AW-6082, EN AW-7075 oder EN AW-5052, besteht.
Nach einer neunten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Beilagelement aus einem Metall, beispielsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, besteht.
Nach einer zehnten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Verformungskörper zumindest anteilig, beispielsweise überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, beispielsweise einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht.
Nach einer elften Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Sensorfahne zumindest anteilig, beispielsweise überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, beispielsweise einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht.
Nach einer zwölften Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Anschlußhülse zumindest anteilig, beispielsweise überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, beispielsweise einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht.
Nach einer dreizehnten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß Verformungskörper und Sensorfahne, beispielsweise Anschlußhülse, Verformungskörper und Sensorfahne, aus einem gleichen Material bestehen.
Nach einer vierzehnten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß Verformungskörper und Sensorfahne, beispielsweise Anschlußhülse, Verformungskörper und Sensorfahne, Bestandteile ein und desselben monolithischen Formteils sind.
Nach einer fünfzehnten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß eine zwischen Beilageelement und Wandlerelement bzw. zwischen Wandlerelement und Verformungskörper wirkende minimale Flächenpressung, insb. bei einer oberhalb von -50°C und unterhalb von 250°C liegenden Temperatur, mehr als 1 MPa, beispielsweise auch mehr als 3 MPa, beträgt.
Nach einer sechzehnten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß eine zwischen Beilageelement und Wandlerelementbzw. zwischen Wandlerelement und Verformungskörper wirkende maximale Flächenpressung, insb. bei einer oberhalb von -50°C und unterhalb von 250°C liegenden Temperatur, weniger als 20 MPa, beispielsweise auch weniger als 15 MPa, beträgt.
Nach einer siebzehnten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Wandlerelement den Verformungskörper und/oder die Anschlußhülse elektrisch leitend kontaktiert.
Nach einer ersten Weiterbildung des Sensors der Erfindung umfaßt der Sensor weiters eine Metallfolie, beispielsweise eine Silberfolie.
Nach einer zweiten Weiterbildung des Sensors der Erfindung umfaßt der Sensor weiters einen sich ausgehend von der zweiten Oberfläche des Verformungskörpers erstreckenden, beispielsweise stabförmigen oder plattenförmigen oder hülsenförmigen, Ausgleichskörper zum Kompensieren von aus gemeinsamen Bewegungen von Verformungskörper und Sensorfahne resultierenden Kräften und/oder Momenten.
Nach einer ersten Ausgestaltung der ersten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß sich der Ausgleichskörper durch das Beilagelement hindurch erstreckt, beispielsweise derart, daß eine Trägheitshauptachse (beispielsweise nämlich eine Längsachse) des Ausgleichskörpers und eine Trägheitshauptachse (beispielsweise nämlich eine Längsachse) des Beilagelements zueinander parallel verlaufen, beispielsweise nämlich koinzident sind, und/oder derart, daß Beilagelement und Ausgleichskörper einander nicht kontaktieren.
Nach einer zweiten Ausgestaltung der ersten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß Verformungskörper und Ausgleichskörper stoffschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise nämlich miteinander verschweißt bzw. verlötet, sind.
Nach einer dritten Ausgestaltung der ersten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß Sensorfahne und Ausgleichskörper zueinander fluchtend angeordnet sind.
Nach einer vierten Ausgestaltung der ersten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Ausgleichskörper und der Verformungskörper so positioniert und zueinander ausgerichtet sind, daß eine Trägheitshauptachse des Verformungskörpers in Verlängerung parallel zu einer Trägheitshauptachse des Ausgleichskörpers verläuft, beispielsweise nämlich damit koinzidiert.
Nach einer fünften Ausgestaltung der ersten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß Verformungskörper und Ausgleichskörper Bestandteile ein und desselben monolithischen Formteils sind, beispielsweise derart, daß Sensorfahne, Verformungskörper und Ausgleichskörper und/oder daß Anschlußhülse, Verformungskörper und Ausgleichskörper Bestandteile nämlichen Formteils sind.
Nach einer sechsten Ausgestaltung der ersten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Ausgleichskörper zumindest anteilige, beispielsweise überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, beispielsweise einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht.
Nach einer siebenten Ausgestaltung der ersten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß Verformungskörper und Ausgleichskörper aus einem gleichen Material bestehen, beispielsweise derart, daß Sensorfahne, Verformungskörper und Ausgleichskörper und/oder daß Anschlußhülse, Verformungskörper und Ausgleichskörper aus dem gleichen Material bestehen.
Nach einer Weiterbildung des Meßsystems der Erfindung umfaßt das Meßsystem weiters ein in den Verlauf nämlicher Rohrleitung einsetzbares Rohr mit einem Lumen, das dafür eingerichtet ist, das in der Rohrleitung strömende Fluid zu führen.
Nach einer ersten Ausgestaltung der Weiterbildung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Sensor in nämliches Rohr eingesetzt ist, derart, daß die erste Oberfläche des Verformungskörpers dem Lumen des Rohrs zugewandt ist und daß die Sensorfahne in nämliches Lumen hineinragt.
Nach einer zweiten Ausgestaltung der Weiterbildung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß in der Wandung des Rohrs eine, insb. eine dem Haltern des Verformungskörpers an der Wandung dienende Fassung aufweisende, Öffnung ausgebildet ist, und daß der Sensor in nämliche Öffnung eingesetzt ist, derart, daß der Verformungskörper die Öffnung überdeckt, insb. nämlich hermetisch verschließt, und daß die erste Oberfläche des Verformungskörpers dem Lumen des Rohrs zugewandt ist, mithin die Sensorfahne in nämliches Lumen hineinragt.
Nach einer dritten Ausgestaltung der Weiterbildung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Sensorfahne eine Länge, gemessen als minimaler Abstand zwischen einem proximalen, nämlich an den Verformungskörper grenzenden Ende der Sensorfahne bis zu einem distalen, nämlich vom Verformungskörper bzw. dessen Oberfläche entfernten Ende der Sensorfahne aufweist, welche Länge weniger als 95% eines Kalibers des Rohrs und/oder mehr als einer Hälfte nämlichen Kalibers entspricht.
Nach einer vierten Ausgestaltung der Weiterbildung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Meßsystem ferner einen im Lumen des Rohrs, beispielsweise stromaufwärts, nämlich in (Haupt-)Strömungsrichtung vor dem Sensor, angeordneten Stauköper aufweist, der dafür eingerichtet ist, im strömendem Fluid eine Kármánsche Wirbelstrasse zu bewirken, wobei der Sensor eingerichtet ist, periodische Druckschwankungen in der Kärmänsche Wirbelstrasse zu erfassen und in ein Sensorsignal zu wandeln, beispielsweise derart, daß das Sensorsignal eine mit einer Ablöserate von die Kármánsche Wirbelstrasse bildenden Wirbeln am Staukörper korrespondierende Signalfrequenz aufweist.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die angestrebte hohe nominelle Druckfestigkeit für Sensoren, nicht zuletzt auch bei hohen Betriebstemperaturen von über 200°C, bzw. die angestrebte Verbesserung der Abhängigkeit der Druckfestigkeit der Sensorbaugruppe von der Betriebstemperatur (Druck-Temperatur-Kurve der Sensorbaugruppe) dadurch herbeizuführen, indem ein das auf dem Verformungskörper angeordnete Wandlerelement mittels eines einer (Innen-)Schraubhülse und einem (scheiben- bzw. hülsenfömigen) Beilagelement, beispielsweise in Form einer (Aluminium-)Unterlegscheibe, gegen den Verformungskörper über einen vergleichsweise weiten Temperaturbereich beispielsweise von -10 C bis 250°C, durchgängig mit einer für das Meßprinzip geeigneten, nämlich sowohl ausreichenden als auch verträglichen Flächenpressung gedrückt gehalten ist. Ein Vorteil der Erfindung besteht u.a. darin, daß damit nicht nur auf sehr einfache Weise eine erhebliche Verbesserung der nominellen Druckfestigkeit bzw. der Druck-Temperatur-Kurve von Sensoren der in Rede stehenden Art erzielt werden kann, sondern daß dies erreicht wird, ohne dadurch die Meßempfindlichkeit, nämlich die Empfindlichkeit des Sensors auf die eigentlich zu erfassenden Druckschwankungen nennenswert zu verringern. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist zudem auch darin zu sehen, daß beim erfindungsgemäßen Sensor defekte Komponenten, beispielsweise das Wandlerelement oder die Befestigungsmittel, sehr einfach, beispielsweise nämlich auch vor Ort ersetzt werden können.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen davon werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Gleiche bzw. gleichwirkende oder gleichartig fungierende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen; wenn es die Übersichtlichkeit erfordert oder es anderweitig sinnvoll erscheint, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen oder Weiterbildungen, insb. auch Kombinationen zunächst nur einzeln erläuterter Teilaspekte der Erfindung, ergeben sich ferner aus den Figuren der Zeichnung und/oder aus den Ansprüchen. Im einzelnen zeigen:

1, 2 schematisch in verschieden Ansichten ein Ausführungsbeispiel für ein - hier als Wirbel-Durchflußmeßgerät ausgebildetes - Meßsystem mit einem Sensor und einer Meß-Elektronik zum Messen wenigstens eines Strömungsparameters eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids;
3 schematisch in einer geschnittenen Seitenansicht Ausführungsbeispiel für einen, insb. für die Verwendung in einem Meßsystem gemäß der 1 bzw. 2 geeigneten, Sensor; und
4a, 4b schematisch in zwei verschiedenen Seitenansichten ein Ausführungsbeispiel für einen Sensor gemäß 3 geeignetes Wandlerelement.

In 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel für ein Meßsystem zum Messen wenigstens eines, ggf. auch zeitlich veränderlichen Strömungsparameters, wie z.B. einer Strömungsgeschwindigkeit v und/oder einem Volumenstrom V', eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids, beispielsweise eines heißen, insb. zumindest zeitweise eine Temperatur von mehr als 200°C aufweisenden, und/oder zumindest zeitweise unter einem hohen Druck, insb. von mehr als 100 bar, stehenden Gases, gezeigt. Die Rohrleitung kann beispielsweise als Anlagenkomponente eines Wärmeversorgungsnetzes oder eines Turbinenkreislaufes ausgebildet, mithin kann das Fluid beispielsweise Dampf, insb. auch gesättigter Dampf oder überhitzter Dampf, oder beispielsweise auch ein aus einer Dampfleitung abgeführtes Kondensat sein. Fluid kann aber beispielsweise auch ein (komprimiertes) Erd- oder ein Biogas sein, mithin kann die Rohrleitung beispielsweise auch Komponente einer Erd- oder einer Biogasanlage oder einer Gasversorgungsnetzes sein.
Das Meßsystem weist einen - in 3 nochmals vergrößert dargestellten - Sensor 1 auf, der dafür vorgesehen bzw. ausgestaltet ist, Druckschwankungen im in einer (Haupt-)Strömungsrichtung am Sensor vorbei strömenden Fluid zu erfassen und in ein mit nämlichen Druckschwankungen korrespondierendes, beispielsweise elektrisches oder optisches, Sensorsignal s1 zu wandeln. Wie aus der Zusammenschau der 1 und 2 ersichtlich, umfaßt das Meßsystem desweiteren, eine - beispielsweise in einem druck- und/oder schlagfesten Schutzgehäuse 20 untergebrachte - Meß-Elektronik 2, die an den Sensor 1 angeschlossen ist bzw. im Betrieb des Meßsystems mit dem Sensor 1 kommuniziert. Die Meß-Elektronik 2 ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung dafür eingerichtet, das Sensorsignal s1 zu empfangen und zu verarbeiten, beispielsweise nämlich den wenigstens einen Strömungsparameters, beispielsweise also die Strömungsgeschwindigkeit v bzw. die Volumendurchflußrate V', repräsentierende Meßwerte X_M zu generieren. Die Meßwerte X_M können beispielsweise vor Ort visualisiert und/oder - drahtgebunden via angeschlossenen Feldbus und/oder drahtlos per Funk - an ein elektronisches Datenverarbeitungssystem, etwa eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) und/oder einen Prozeßleitstand, übermittelt werden. Alternativ oder in Ergänzung kann die Meß-Elektronik 2 auch dazu dienen bzw. eingerichtet sein, ein, beispielsweise dem Erzeugen einer Verformungen des Verformungskörpers bewirkenden Kraft dienliches, elektrisches Treibersignal in das Wandlerelement einzuspeisen. Das Schutzgehäuse 20 für die Meß-Elektronik 2 wiederum kann beispielsweise aus einem Metall, etwa einem Edelstahl oder Aluminium, und/oder mittels eines Gießverfahrens, wie z.B. einem Feinguß- oder einem Druckgußverfahren (HPDC), hergestellt sein; es kann aber beispielsweise auch mittels eines in einem Spritzgießverfahren hergestellten Kunststoffformteils gebildet sein.
Der Sensor 1 umfaßt, wie auch in 3 dargestellt bzw. aus einer Zusammenschau der 2 und 3 ohne weiteres ersichtlich, einen, insb. membranartigen bzw. scheibenförmigen, Verformungskörper 111. Der Verformungskörper 111 weist ferner eine der ersten Oberfläche 111+ gegenüberliegende, beispielsweise zur ersten Oberfläche 111+ zumindest teilweise parallele, zweite Oberfläche 111# auf. Zudem kann der Sensor ferner eine eine linksseitige erste Seitenfläche und eine rechtsseitige zweite Seitenfläche aufweisende Sensorfahne 112 umfassen, die sich ausgehend von einer ersten Oberfläche 111+ des Verformungskörpers 111 bis zu einem distalen, nämlich vom Verformungskörper 111 bzw. dessen Oberfläche 111+ entfernten (freien) Ende erstreckt. Der Verformungskörper 111 und die vorbezeichnete Sensorfahne 112 können beispielsweise Bestandteile ein und desselben monolithischen Formteils sein, das beispielsweise gegossen oder durch ein generatives Verfahren, wie etwa 3D-Laserschmelzen, hergestellt ist; Verformungskörper und Sensorfahne können aber auch als zunächst voneinander getrennte bzw. erst nachträglich stoffschlüssig miteinander verbundene, beispielsweise nämlich miteinander verschweißte bzw. verlötete, Einzelteile ausgebildet, mithin aus entsprechend stoffschlüssig miteinander verbindbaren Materialien hergestellt sein. Der Verformungskörper 111 kann zumindest anteilig, beispielsweise nämlich überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, wie z.B. Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, wie z.B. X7 CrNiAl 17-7 (WsNr 1.4568, EN 10027-2:1992-09), bestehen. Ebenso kann auch die vorbezeichnete Sensorfahne 112 zumindest anteilig aus einem Metall, beispielsweisenämlich einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, bestehen und/oder können der Verformungskörper 111 und die Sensorfahne 112 aus dem gleichen Material hergestellt sein bzw. bestehen. Der Verformungskörper 111 und die Sensorfahne 112 sind zudem im besonderen dafür eingerichtet, zu Schwingungen um eine gemeinsame statischen Ruhelage angeregt zu werden, typischerweise nämlich erzwungene Schwingung außer Resonanz, derart, daß die Sensorfahne 112 den Verformungskörper 111 elastisch verformende Pendelbewegungen in einerim wesentlichen quer zur vorbezeichneten Strömungsrichtung verlaufenden - Detektionsrichtung ausführt. Die Sensorfahne 112 weist dementsprechend eine Breite, gemessen als eine maximale Erstreckung in Richtung der Strömungsrichtung, auf die wesentlich größer ist als eine Dicke der Sensorfahne 112, gemessen als eine maximale seitlich Erstreckung in Richtung der Detektionsrichtung. Die Sensorfahne 112 kann zudem, wie bei derartigen Sensoren durchaus üblich, beispielsweise keilförmig oder auch als eine ebene Platte ausgebildet sein.
Der erfindungsgemäße Sensor 1 weist ferner eine sich ausgehend von einem, beispielsweise kreisförmig, umlaufenden Randsegment der zweiten Oberfläche 111# des Verformungskörpers erstreckende, beispielswiese mit dem Verformungskörper elektrisch leitfähig verbundene und/oder aus Metall hergestellte, Anschlußhülse 113 auf. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Anschlußhülse 113 aus einem Material bzw. Metall hergestellt, das einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 16·10 ⁶ K^-1 und/oder nicht mehr als 17 · 10^-6 K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α,1 aufweist.
Zum Erfassen von mechanischen Schwingungen des Verformungskörpers 111 (bzw. des Verformungskörpers 111 zusammen mit der Sensorfahne) weist der Sensor ferner wenigstens ein innerhalb der Anschlußhülse 113 angeordnetes, die Oberfläche 111+ des Verformungskörpers mit einer ersten Kontaktfläche kontaktierendes, insb. scheibenförmiges und/oder piezokeramisches, Wandlerelement 12 zum Generieren eines zeitlich ändernde, insb. zumindest zeitweise periodische, Bewegungen der Sensorfahne bzw. gleichermaßen zeitlich ändernde, insb. zumindest zeitweise periodische, Verformungen des Verformungskörpers 111 repräsentierenden elektrischen Sensorsignals, beispielsweise mit einer mit den vorbezeichneten Bewegungen korrespondierenden elektrischen (Wechsel-)Spannung, auf. Alternativ oder in Ergänzung kann das Wandlerelement 12 auch dazu dienen, eine Verformungen des Verformungskörpers 111 bewirkenden Kraft zu generieren (inverser Piezoeffekt), bzw. als, beispielsweise dem Anregen mechanischer Schwingungen des Verformungskörpers dienlicher, (piezoelektrischer) Aktor verwendet zu werden. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Wandlerelement 12 aus einem Material, beispielsweise nämlich einer beispielsweise aus einer Blei-Zirkonat-Titanat-(Piezo-)Keramik (PZT), hergestellt, das einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als -6 · 10^-6 K^-1 und/oder nicht mehr als 6 · 10^-6 K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen α,2 aufweist.
Wie bereits erwähnt, ist der Sensor 1 bzw. das damit gebildete Meßsystem im besonderen auch dafür vorgesehen, in solchen Anwendungen bzw. Meßstellen eingesetzt zu werden, bei denen im zu messende Fluid, beispielsweise aufgrund von kondensationsinduzierten Wasserschlägen (CIWH), kurzeitig extrem hohe hydrostatische, nämlich auf senkrecht gegen die Wandung 3* des Rohrs wirkende, mithin gleichermaßen gegen den Sensor wirkende Drücke von über 100 bar und/oder hohe (Fluid-)Temperaturen von über 200°C auftreten können, beispielsweise in Heißdampfanwendungen. Zum, insb. wiederlösbaren, Fixieren des Wandlerelements 12 in der Anschlußhülse 113 einerseits und zur Erzielung einer möglichst geringen Empfindlichkeit des Sensors auf Druckstöße und/oder Temperaturschwankungen bzw. zur Verringerung von aus solchen hohen Belastungen des Sensors resultierenden Meßfehlern bei der Messung des wenigstens einen Strömungsparameters mit dem mit nämlichem Sensor gebildeten Meßsystems anderseits umfaßt der erfindungsgemäße Sensor ferner innerhalb der Anschlußhülse 113 positionierte und damit, insb. wiederlösbar, mechanisch verbundene Befestigungsmittel 13. Beim erfindungsgemäßen Sensor umfassen die Befestigungsmittel 13 eine ein Außengewinde aufweisende (Innen-)Schraubhülse 132, beispielsweise aus einem Metall, sowie ein, beispielsweise monolithisches und/oder zylinderförmiges, Beilagelement 133, beispielsweise aus einem Metall bzw. demselben Material wie die Anschlußhülse 112. Zudem weist die Anschlußhülse 112 in einem vom Verformungskörper 111 entfernten distalen Ende ein Innengwinde (für die Schraubhülse 132) auf. Wie in 3 schematisch dargestellt weisen das Wandlerelement 12 eine, beispielsweise nicht weniger als 1 mm und/oder nicht mehr als 2 mm betragende, (erste) Dicke d12, gemessen bei einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung einer Normalen von dessen erster Kontaktfläche, und das Beilagelement 133 eine, beispielsweise nicht weniger als 0,5 mm und/oder nicht mehr als 10 mm betragende, (zweite) Dicke d131, gemessen bei Raumtemperatur bzw. einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung der Normalen der ersten Kontaktfläche des Wandlerelements, auf.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Beilagelement 133 als eine Unterlegscheibe, beispielsweise nämlich auch in Form einer Paßscheibe oder einer Abpaß- bzw. Distanzscheibe, ausgebildet und/oder aus einem Material, beispielsweise nämlich aus einem Metall, hergestellt, das von dem Material des Verformungskörpers verschieden ist und/oder das einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 20 · 10^-6 K^-1 und/oder nicht mehr als 30 · 10^-6 K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen α3 aufweist. Alternativ oder in Ergänzung ist ferner vorgesehen, daß das Beilagelement 133 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, beispielsweise nämlich einer Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierungen (AIMgSi) bzw. einer Aluminium-Knetlegierung, insb. von der (genormten) Sorte EN AW-6061 (AIMg1SiCu), EN AW-6082, EN AW-7075 oder EN AW-5052.
Die (Innen-)Schraubhülse 132 ist ferner unter Bildung eines Widerlagers für das Beilagelement 133 in das Innengwinde der Anschlußhülse 112 eingeschraubt und das Beilagelement 131 ist zwischen (Innen-)Schraubhülse 132 und Wandlerelement 12 positioniert. Zudem ist die (Innen-)Schraubhülse soweit in die Anschlußhülse 112 eingeschraubt, daß das zumindest das Beilagelement 131 (im eingebauten Zustand) unter Ausübung einer das Wandlerement 12 gegen den Verformungskörper 111 gedrückt haltende Anpreßkraft elastisch verformt ist, wodurch auch zwischen Wandlerement 12 und Verformungskörper 111 eine kraftschlüssige Verbindung gebildet ist; dies im besonderen in der Weise, daß eine zwischen Beilagelement 131 und Wandlerelement 12 bzw. zwischen Wandlerelement 12 und Verformungskörper 111 wirkende minimale Flächenpressung zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs mehr als 1 MPa, insb. mehr 3 MPa, beträgt und/oder daß eine zwischen Beilagelement 131 und Wandlerelement 12 bzw. zwischen Wandlerelement 12 und Verformungskörper 111 wirkende maximale Flächenpressung zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs weniger als 20 MPa, insb. weniger als 15 MPa, beträgt. Die erforderliche (nominelle) Anpreßkraft bzw. (nominelle) Flächenpressung kann während der Montage des Sensors beispielsweise mittels eines entsprechend programmierten Schraubwerkzeug, etwa einem programmierbaren elektronischen Drehmoment- und/oder Drehwinkelschlüssel, exakt eingestellt werden. Nicht zuletzt zwecks Erzielung einer möglichst präzise eingestellten bzw. eingestellt bleibenden Flächenpressung auch über einen weiten, beispielsweise nämlich zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereich, sind nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Wandlerelement 12 und das Beilagelement 133 so ausgebildet, daß ein Ausdehnungsdifferenzen-Verhältnis Δα21/Δα31 (des Sensors), gemessen als ein Verhältnis einer Differenz zwischen dem vorbezeichneten (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α2 (des Materials) des Wandlerelements 12 und einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α,1 (des Materials) der Anschlußhülse 113 zu einer Differenz zwischen einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α3 (des Materials) des Beilagelements 133 und dem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α,1 (des Materials) der Anschlußhülse 113, insb. zumindest innerhalb des vorbezeichneten zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs, eine von einem (Feinabstimmungs-)Parameter k1 abhängige Bedingung: $\frac{d_{133}}{d_{12}} = - k 1 \cdot \frac{Δ α_{21}}{Δ α_{31}} = - k 1 \cdot \frac{α_{2} - α_{1}}{α_{3} - α_{1}}$
erfüllt, wobei der (Feinabstimmungs-)Parameter k1 nicht kleiner als 0,5 und nicht größer als 1,5, beispielsweise auch größer als 0,7 und/oder auch kleiner als 1,2, ist. Vorteilhaft kann es ferner sein, die Dicke d₁₃₃ und die Dicke d₁₂ so zu wählen, daß ein (Dicken-)Verhältnis d₁₃₃/d₁₂ (der Dicke d₁₃₃ des Beilagelements 133 zur Dicke d₁₂ des Wandlerelements 12) mehr als 0,5 und weniger als 7, beispielsweise auch nicht weniger als 2 und/oder nicht mehr als 4, beträgt.
Um ein seitliches Verschieben des Wandlerelements 12 in Einbaulage relativ zum Verformungskörper 111 bzw. zur Anschlußhülse 113 zu unterbinden, können die Anschlußhülse 113 und das Wandlerelement 12 vorteilhaft zudem so ausgebildet sein, daß ein Innendurchmesser der Anschlußhülse 113 im Bereich der Einbauposition des Wandlerelements im wesentlichen einem damit korrespondierenden Außendurchmesser des Wandlerelements 12 entspricht, beispielsweise nämlich lediglich um einen ein Positionieren Wandlerelements 12 auf dem Verformungskörper 111 gerade noch ermöglichenden Betrag größer ist. Um das Positionieren des Wandlerelements 12 zu erleichtern, kann die Anschlußhülse 113 ferner so ausgebildet sein, daß sie in einem Bereich oberhalb des (in Einbaulage positionierten) Wandlerelements 12 einen (kleinsten) Innendurchmesser aufweist, der - beispielsweise um mehr als 1 mm - größer ist, als ein (größter) Außendurchmesser des Wandlerelements 12. Alternativ oder in Ergänzung können die Befestigungsmittel, nicht zuletzt zwecks Vereinfachung der Montage und/oder zwecks Ausgleichens allfälliger fertigungsbedingter Toleranzen der Schraubhülse und/oder des Beilgaelements ferner eine Kugelscheibe 134 umfassen, die (in Einbaulage) zwischen der (Innen-)Schraubhülse und dem Beilagelement 133 positioniert ist. Die, beispielsweise ringförmige, Kugelscheibe 134 kann vorteilhaft zumindest anteilig, beispielsweise nämlich auch überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, insb. einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, und/oder aus einem Material, das einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 16 · 10^-6 K^-1 und/oder nicht mehr als 17 · 10^-6 K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen α,4 aufweist, bestehen. Zudem kann der (lineare) Wärmeausdehnungskoeffizient α,4 (des Materials) der Kugelscheibe vorteilhaft auch so gewählt sein, daß er vom vorbezeichneten (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α,1 (des Materials) der Anschlußhülse 113 zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs um weniger als 2 · 10^-6 K^-1 und/oder um weniger als 10% des Wärmeausdehnungskoeffizientens α,1 (des Materials) der Anschlußhülse 113 abweicht.
Um die richtige Ausrichtung des Wandlerelements 12 in Einbaulage, nicht zuletzt auch hinsichtlich einer elektrischen Polarisierung der das Wandlerelements 12 bildenden Keramik bzw. einer korrekten Lage positiv (+) bzw. negativ (-) polarisierter Teilbereiche des Wandlerelements 12, einfach sicherzustellen können das Wandlerelement 12 und die Anschlußhülse 113 ferner so geformt sein, daß das Wandlerelement 12 und die Anschlußhülse 113 zueinander komplementäre, gleichwohl eine fehlerhafte Einbaulage des Wandlerelements verhindernde Außen- bzw. Innenkonturen aufweisen, beispielsweise derart, daß, wie in 4a und 4b jeweils dargestellt bzw. aus deren Zusammenschau ersichtlich, das Wandlerelement 12 eine Außenkontur mit einem oder mehreren geraden Abschnitten 12a aufweist und daß die Anschlußhülse 113 eine Innenkontur mit mit den vorbezeichneten geraden Abschnitten des Wandlerelements 12 entsprechend korrespondierenden geraden Abschnitten aufweist.
Durch die Verwendung solcher mittels der (Innen-)Schraubhülse 132 und des Beilagelement 133 gebildeten Befestigungsmittel wird es u.a. auch ermöglicht, das Wandlerelement 12 auf dem Verformungskörper 111 zu fixieren, ohne daß das Wandlerelement 12 und der Verformungskörper 111 stoffschlüssig miteinander verbunden sind bzw. sein müssen, mithin kann beispielsweise auch auf die Verwendung von Klebstoffen bzw. Loten zur Verbindung von Wandlerelement 12 und Verformungskörper 111 verzichtet werden. Gleichermaßen können auch das Beilagelement 133 und das Wandlerelement 12 nicht stoffschlüssig, nämlich unter Vermeidung eines Beilagelement 133 und Wandlerelement aneinanderbindenden Stoffschlusses miteinander verbunden sein, mithin kann auch hier auf die Verwendung von Klebstoffen bzw. Loten entsprechend verzichtet werden. Anderseits ermöglicht es die erfindungsgemäße Verwendung des Beilagelements 133 aber auch ohne weiteres, zwischen Wandlerelement 12 und Verformungskörper 111 eine dem Herbeiführen einer elektrisch gut leitfähigen Verbindung zwischen Wandlerelement 12 und Verformungskörper 111 und/oder zum Herbeiführen eines möglichst gleichmäßigen mechanischen Kontakts zwischen Wandlerelement 12 und Verformungskörper 111 dienliche Metallfolie, beispielsweise nämlich eine Silberfolie, zu positionieren. Darüberhinaus ist es zudem auch ohne weiteres möglich, zwischen Wandlerelement 12 und Beilagelement 131 weitere Elemente der Befestigungsmittel 13 zu platzieren, beispielsweise nämlich eine oder mehrere elektrisch isolierende, ggf. auch als Kontaktscheibe bzw. (flexible) Leiterplatte ausgebildete Isolierscheiben (135). Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Befestigungsmittel dementsprechend wenigstens eine, beispielsweise ringförmige und/oder mittels einer flexibler Leiterplatte gebildete, Isolierscheibe 135, beispielsweise aus einer Keramik und/oder einem Kunststoff und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 30 · 10^-6 K^-1 und/oder nicht mehr als 50 · 10^-6 K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen α,5 aufweisenden Material, die zwischen Wandlerelement 12 und Beilagelement 133 positioniert ist. Vorteilhaft kann die Isolierscheibe 135 ferner zumindest anteilig, beispielsweise auch überwiegend oder vollständig, aus einem, insb. hochtemperaturbeständigen und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 20 · 10^-6 K^-1 und/oder nicht mehr als 40 · 10^-6 K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen α,5 aufweisenden, Kunststoff bestehen, beispielsweise einem Polyimid, insb. Kapton, bzw. einem Kunststoff mit einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizient α,5, der vom (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α,2 (des Materials des Beilagelements 133) zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs um weniger als 20 · 10^-6 K^-1 und/oder um weniger als 50% des (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientens α,2 abweicht, und/oder kann die Isolierscheibe 135, nicht zuletzt auch für den vorbeschrieben Fall, daß die Isolierscheibe aus Polyimid, insb. nämlich Kapton, hergestellt ist, eine nicht weniger als 0,05 mm und/oder nicht mehr als 0,5 mm betragende (dritte) Dicke d3, gemessen bei einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung der Normalen der vorbezeichneten ersten Kontaktfläche des Wandlerelements 12, aufweisen, mithin auch als eine (Polyimid-)Folie ausgebildet sein. Alternativ oder in Ergänzung kann die Isolierscheibe 135 darauf positionierten elektrisch leitfähige Leiterbahnen aufweisen und/oder an elektrische Verbindungsleitung 14 elektrisch leitend angeschlossen sein und kann die Isolierscheibe 135 so positioniert sein, daß sie in Einbaulage eine der vorbezeichneten ersten Kontaktfläche des Wandlerelements 12 gegenüberliegende zweite Kontaktfläche des Wandlerelements 12 elektrisch leitend kontaktiert.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Meßsystem ferner ein in der Verlauf der vorbezeichneten Rohrleitung einsetzbares Rohr 3 mit einem von einer - beispielsweise metallischen - Wandung 3* des Rohrs umhüllten Lumen 3`, das sich von einem Einlaßende 3+ bis zu einem Auslaßende 3# erstreckt und das dafür eingerichtet ist, das in der Rohrleitung strömende Fluid zu führen. Der Sensor 1 ist zudem in nämliches Rohr eingesetzt, derart, daß die erste Oberfläche des Verformungskörpers 111 dem Lumen 3` des Rohrs zugewandt ist, mithin die Sensorfahne in nämliches Lumen hineinragt. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist am Einlaßende 3+ wie auch am Auslaßende 3# ferner jeweils ein dem Herstellen einer Leckage freien Flanschverbindung mit jeweils einem korrespondierenden Flansch an einem ein- bzw. auslaßseitig Leitunsgsegment der Rohrleitung dienender Flansch vorgesehen. Desweiteren kann das Rohr 3, wie in 1 oder 2 dargestellt, im wesentlichen gerade, beispielsweise nämlich als Hohlzylinder mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet sein, derart, daß das Rohr 3 eine das Einlaßende 3+ und das Auslaßende 3# imaginär verbindende gedachte gerade Längsachse L aufweist. Der Sensor 1 ist im in 1 bzw. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel von außen durch eine in der Wandung eingeformte Öffnung 3" hindurch in das Lumen des Rohrs eingeführt und im Bereich nämlicher Öffnung - beispielsweise auch wieder lösbar - von außen an der Wandung 3* fixiert, und zwar so, daß die Oberfläche 111+ des Verformungskörpers 111 dem Lumen 3' des Rohrs 3 zugewandt ist, mithin die Sensorfahne 112 in nämliches Lumen hineinragt. Insbesondere ist der Sensor 1 so in die Öffnung 3'' eingesetzt, daß der Verformungskörper 111 die Öffnung 3" überdeckt bzw. hermetisch verschließt. Nämliche Öffnung kann beispielsweise so ausgebildet sein, daß sie- wie bei Meßsystemen der in Rede stehenden Art durchaus üblich - einen (Innen-)Durchmesser aufweist, der in einem Bereich zwischen 10 mm und ca. 50 mm liegt. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in der der Öffnung 3" eine dem Haltern des Verformungskörpers 111 bzw. des damit gebildeten Sensors 1 an der Wandung 3* dienende Fassung 3a ausgebildet. Der Sensor 1 kann hierbei beispielsweise durch stoffschlüssiges Verbinden, insb. nämlich durch Verschweißen oder Verlöten, von Verformungskörper 111 und Wandung 3* am Rohr 3 fixiert sein; er kann aber beispielsweise auch mit dem Rohr 3 lösbar verbundenen, beispielsweise nämlich ver- bzw. angeschraubt sein. In der Fassung 3a kann ferner wenigstens eine, beispielsweise auch umlaufende bzw. kreisringartige, Dichtfläche ausgebildet sein, die dafür eingerichtet ist, im Zusammenspiel mit dem Verformungskörper 111 und einem ggf. vorgesehenen, beispielsweise ringförmige oder ringscheibenförmige, Dichtelement die Öffnung 3" entsprechend abzudichten. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der Sensor 1 und das Rohr 3 ferner so dimensioniert, daß eine Länge der Sensorfahne 112, gemessen als minimaler Abstand zwischen einem proximalen, nämlich an den Verformungskörper 111 grenzenden Ende der Sensorfahne 112 bis zum distalen Ende der Sensorfahne 112 mehr als einer Hälfte eines Kalibers DN des Rohrs 3 bzw. weniger als 95% nämlichen Kalibers DN entspricht. Die Länge der Sensorfahne 112 kann beispielsweise - wie bei vergleichsweise kleinem Kaliber von weniger als 50 mm durchaus üblich - auch so gewählt sein, daß nämliches distales Ende der Sensorfahne 112 nur noch einen sehr geringen minimalen Abstand zur Wandung 3* des Rohrs 3 aufweist. Bei Rohren mit vergleichsweise großem Kaliber von 50 mm oder mehr kann die Sensorfahne 112 - wie bei Meßsystemen der in Rede stehenden Art durchaus üblich bzw. wie auch aus der 2 ersichtlich - beispielsweise auch deutlich kürzer ausgebildet sein, als eine Hälfte eines Kalibers des Rohrs 3.
Im in 1 bzw. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Meßsystem speziell als ein Wirbel-Durchflußmeßgrät mit einem im Lumen des Rohrs 3 - hier nämlich stromaufwärts des Sensors 1, nämlich in (Haupt-)Strömungsrichtung gesehen vor dem Sensor - angeordneten, dem Bewirken einer Kärmänsche Wirbelstrasse im strömenden Fluid dienenden Stauköper4 ausgebildet. Sensor und Staukörper sind hierbei im besonderen so dimensioniert und angeordnet, daß die Sensorfahne 112 in einem solchen Bereich in das Lumen 3* des Rohrs bzw. das darin geführte Fluid hineinragt, der im Betrieb des Meßsystems regelmäßig von einer (stationär ausgebildeten) Kärmänschen Wirbelstrasse eingenommen wird, so daß die mittels des Sensors 1 erfaßten Druckschwankungen durch am Staukörper 4 mit einer Ablöserate (~ 1/f_Vtx) abgelöste Wirbel verursachte periodische Druckschwankungen sind und das Sensorsignal s1 eine mit der Ablöserate nämlicher Wirbel korrespondierende Signalfrequenz (~ f_Vtx) aufweist. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Wirbel-Durchflußmeßgrät zudem als ein Meßsystem in Kompaktbauweise ausgebildet, bei dem die Meß-Elektronik 2 in einem - beispielsweise mittels eines halsförmigen Anschlußstutzen 30 - am Rohr gehalterten Schutzgehäuse 20 untergebracht ist.
Zum Kompensieren von aus allfälligen Bewegungen des Sensors - etwa infolge von Vibration der vorbezeichneten, an das Rohr angeschlossenen Rohrleitung - resultierenden Kräften und/oder Momenten bzw. zum Vermeiden von daraus resultierenden unerwünschten, nämlich das Sensorsignal s1 verfälschenden Bewegungen der Sensorfahne bzw. des Verformungskörpers 111 weist der Sensor 1 nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ferner einen sich ausgehend von der zweiten Oberfläche 111# des Verformungskörpers 111 erstreckenden, beispielsweise stab-, platten- oder hülsenförmigen, Ausgleichskörper 114 auf. Der Ausgleichskörper 114 kann beispielsweise aus dem gleichen Material bestehen, wie der Verformungskörper und/oder wie die Sensorfahne, beispielsweise einem Metall. Beispielsweise kann der Ausgleichskörper 114 nämlich aus einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung hergestellt sein. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Verformungskörper 111 und Ausgleichskörper 114 stoffschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschweißt bzw. verlötet, mithin ist vorgesehen, Ausgleichskörper 114 und Verformungskörper 111 aus entsprechend stoffschlüssig miteinander verbindbaren Materialien herzustellen. Alternativ können Verformungskörper 111 und Ausgleichskörper 114 aber auch Bestandteile ein und desselben monolithischen Formteils sein, beispielsweise auch derart, daß Sensorfahne 111, Verformungskörper 112 und Ausgleichskörper 114 Bestandteile nämlichen Formteils sind. Sensorfahne 112 und Ausgleichskörper 114 können desweiteren - wie auch aus einer Zusammenschau der 3c und 3d ersichtlich - zueinander fluchtend angeordnet sein, derart, daß eine Trägheitshauptachse der Sensorfahne 112 in Verlängerung mit einer Trägheitshauptachse des Ausgleichskörpers 114 koinzidiert. Alternativ oder in Ergänzung können der Ausgleichskörper 114 und der Verformungskörper 111 zudem so positioniert und zueinander ausgerichtet sein, daß eine Trägheitshauptachse des Verformungskörpers 111 in Verlängerung mit einer Trägheitshauptachse des Ausgleichskörpers 114 koinzidiert. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der der Ausgleichskörper 114 und das Beilagelement 133 zudem so ausgestaltet und angeordnet, daß sich der Ausgleichskörper 114 durch das Beilagelement 133 hindurch erstreckt, beispielsweise auch derart, daß eine Trägheitshauptachse, beispielsweise nämlich eine Längsachse, des Ausgleichskörpers und eine Trägheitshauptachse, beispielsweise nämlich eine Längsachse, des Beilagelements zueinander parallel verlaufen, insb. nämlich koinzident sind, und/oder derart, daß Beilagelement und Ausgleichskörper einander nicht kontaktieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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US 6352000 B [0002, 0004, 0005]
US 6910387 B [0002]
US 6938496 B [0002]
US 20160123783 A [0004, 0008]
US 20190094054 A [0004, 0005]

Claims

Sensor, insb. Sensor zum Erfassen von Druckschwankungen in einem Fluid, welcher Sensor umfaßt: - einen zumindest abschnittsweise flachen, insb. membranartigen bzw. scheibenförmigen, Verformungskörper (111), insb. aus einem Metall, mit einer ebenen ersten Oberfläche (111 +) und einer gegenüberliegenden ebenen zweiten Oberfläche (111#); - einen sich ausgehend vom Verformungskörper erstreckende, insb. damit elektrisch leitfähig verbundene, Anschlußhülse (113), insb. aus einem Metall und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 16 · 10^-6 K^-1 und/oder nicht mehr als 17 · 10^-6 K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α,1 aufweisenden Material; - ein innerhalb der Anschlußhülse (113) angeordnetes, die zweite Oberfläche (111+) des Verformungskörpers mit einer ersten Kontaktfläche, insb. elektrisch leitend, kontaktierendes scheibenförmiges, piezokeramisches Wandlerelement (12), insb. aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als -6 · 10⁶ K^-1 und/oder nicht mehr als 6 · 10^-6 K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen α,2 aufweisenden Material, zum Generieren eines zeitlich ändernde, insb. zumindest zeitweise periodische, Verformungen des Verformungskörpers repräsentierenden elektrischen Sensorsignals und/oder zum Erzeugen einer Verformungen des Verformungskörpers bewirkenden Kraft; - sowie innerhalb der Anschlußhülse (113) positionierte und damit zumindest teilweise, insb. wiederlösbar, mechanisch verbundene Befestigungsmittel zum, insb. wiederlösbaren, Fixieren des Wandlerelements (12) in der Anschlußhülse (113); - wobei die Anschlußhülse in einem vom Verformungskörper (111) entfernten distalen Ende ein Innengwinde aufweist; - wobei die Befestigungsmittel (13) - eine ein Außengewinde aufweisende (Innen-)Schraubhülse (132) -- sowie ein zylinderförmiges, insb. monolithisches und/oder scheibenförmiges und/oder metallisches, Beilagelement (133), insb. aus einem Metall und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 20 · 10⁶ K^-1 und/oder nicht mehr als 30 · 10^-6 K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen α3 aufweisenden Material aufweisen; - und wobei die (Innen-)Schraubhülse (132) in das Innengwinde eingeschraubt und das Beilagelement (133) zwischen (Innen-)Schraubhülse und Wandlerelement positioniert ist, derart daß mittels der (Innen-)Schraubhülse ein Widerlager für das Beilagelement gebildet und zumindest das Beilageelement unter Ausübung einer das Wandlerement gegen den Verformungskörper gedrückt haltende Anpreßkraft bzw. unter Bildung zumindest eines Wandlerement und Verformungskörper miteinander verbindenden Kraftschlusses elastisch verformt ist, insb. derart, daß eine zwischen Beilagelement und Wandlerelement bzw. zwischen Wandlerelement und Verformungskörper wirkende minimale Flächenpressung mehr als 1 MPa beträgt und/oder eine zwischen Beilagelement und Wandlerelement bzw. zwischen Wandlerelement und Verformungskörper wirkende maximale Flächenpressung weniger als 20 MPa beträgt und/oder derart, daß zwischen Wandlerement und Verformungskörper eine kraftschlüssige Verbindung gebildet ist.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, - wobei eine zwischen Beilageelement und Wandlerelement bzw. zwischen Wandlerelement und Verformungskörper wirkende minimale Flächenpressung, insb. bei einer oberhalb von -50°C und unterhalb von 250°C liegenden Temperatur, mehr als 1 MPa, insb. mehr als 3 MPa, beträgt; und/oder - wobei eine zwischen Beilageelement und Wandlerelement (12) bzw. zwischen Wandlerelement und Verformungskörper wirkende maximale Flächenpressung, insb. bei einer oberhalb von -50°C und unterhalb von 250°C liegenden Temperatur, weniger als 20 MPa, insb. weniger als 15 MPa, beträgt.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Beilagelement aus einer Aluminiumlegierung, insb. einer Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierungen (AIMgSi) bzw. einer Aluminium-Knetlegierung von der (genormten) Sorte EN AW-6061 (AlMg1 SiCu), EN AW-6082, EN AW-7075 oder EN AW-5052, besteht.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, - wobei das Beilagelement (133) aus einem Metall, insb. Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, besteht; und/oder - wobei der Verformungskörper zumindest anteilig, insb. überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, insb. einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht; und/oder - wobei die Anschlußhülse (113) zumindest anteilig, insb. überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, insb. einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht; und/oder - wobei das Beilagelement (133) und der Verformungskörper aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, - wobei das Wandlerelement (12) eine, insb. nicht weniger als 0,5 mm und/oder nicht mehr als 2 mm betragende, (erste) Dicke d₁₂, gemessen bei einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung einer Normalen von dessen erster Kontaktfläche, und das Beilagelement (133) eine, insb. nicht weniger als 1 mm und/oder nicht mehr als 10 mm betragende, (zweite) Dicke d₁₃₃, gemessen bei einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung der Normalen der ersten Kontaktfläche des Wandlerelements, aufweisen; - und wobei das Wandlerelement und das Beilagelement so ausgebildet sind, daß ein Ausdehnungsdifferenzen-Verhältnis Δα₂₁/Δα₃₁ (des Sensors), gemessen als ein Verhältnis einer Differenz zwischen einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α₂ (des Materials) des Wandlerelements (12) und einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α₁ (des Materials) der Anschlußhülse (113) zu einer Differenz zwischen einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α₃ (des Materials) des Beilagelements (133) und dem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α,1 (des Materials) der Anschlußhülse (113), insb. zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs, eine von einem (Feinabstimmungs-)Parameter k₁ abhängige Bedingung: $\frac{d_{133}}{d_{12}} = - k 1 \cdot \frac{Δ α_{21}}{Δ α_{31}} = - k 1 \cdot \frac{α_{2} - α_{1}}{α_{3} - α_{1}}$
erfüllt, wobei der (Feinabstimmungs-)Parameter k₁ nicht kleiner als 0,5 und nicht größer als 1,5, insb. größer als 0,7 und/oder kleiner als 1,2, ist.
Sensor nach dem vorherigen Anspruch, wobei ein (Dicken-)Verhältnis d₁₃₃/d₁₂ der Dicke d₁₃₃ des Beilagelements (133) zur Dicke d₁₂ des Wandlerelements (12) mehr als 0,5 und weniger als 7, insb. nicht weniger als 2 und/oder nicht mehr als 4, beträgt.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, - wobei die Befestigungsmittel eine, insb. ringförmige, Kugelscheibe (134), insb. aus einem Metall und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 16 · 10^-6 K^-1 und/oder nicht mehr als 17 · 10^-6 K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen α4 aufweisenden Material, umfassen; - und wobei die Kugelscheibe (134) zwischen Schraubhülse (132) und Beilagelement (133) positioniert ist.
Sensor nach dem vorherigen Anspruch, - wobei die Kugelscheibe (134) zumindest anteilig, insb. überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, insb. einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht; und/oder - wobei ein (linearer) Wärmeausdehnungskoeffizienten α,4 (des Materials) der Kugelscheibe von einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α,1 (des Materials) der Anschlußhülse (113) zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs um weniger als 2·10^-6 K^-1 und/oder um weniger als 10% des Wärmeausdehnungskoeffizientens α,1 (des Materials) der Anschlußhülse (113) abweicht.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, - wobei das Wandlerelement (12) und der Verformungskörper (111) nicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind; und/oder - wobei das Wandlerelement (12) und das Beilagelement (133) nicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind; und/oder -- wobei das Wandlerelement (12) den Verformungskörper (111) und/oder die Anschlußhülse (113) elektrisch leitend kontaktiert.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, - wobei die Befestigungsmittel eine, insb. ringförmige, Isolierscheibe (135), insb. aus einer Keramik und/oder einem Kunststoff und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 30 · 10^-6 K^-1 und/oder nicht mehr als 50 · 10⁶ K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen α,5 aufweisenden Material, umfassen; - und wobei die Isolierscheibe (135) zwischen Wandlerelement (12) und Beilagelement (133) positioniert ist.
Sensor nach dem vorherigen Anspruch, - wobei die Isolierscheibe (135) zumindest anteilig, insb. überwiegend oder vollständig, aus einem, insb. hochtemperaturbeständigen und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 20·10^-6 K^-1 und/oder nicht mehr als 40 · 10^-6 K^-1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen α,5 aufweisenden, Kunststoff, insb. einem Polyimid (Kapton), besteht; und/oder - wobei ein (linearer) Wärmeausdehnungskoeffizienten α,5 (des Materials) der Isolierscheibe von einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten α,2 (des Materials) des Beilagelements (133) zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs um weniger als 20 · 10^-6 K^-1 und/oder um weniger als 50% des (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientens α2 (des Materials) des Beilagelements (133) abweicht; und/oder - wobei die Isolierscheibe (135) eine (dritte) Dicke d3, gemessen bei einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung der Normalen der ersten Kontaktfläche des Wandlerelements (12), aufweist, welche Dicke d3 nicht weniger als 0,05 mm und/oder nicht mehr als 0,5 mm beträgt.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend: eine sich ausgehend von der ersten Oberfläche (111+) des Verformungskörpers erstreckende, insb. stabförmigen oder plattenförmige oder keilförmige, Sensorfahne (112).
Sensor nach dem vorherigen Anspruch, - wobei Verformungskörper und Sensorfahne stoffschlüssig miteinander verbunden, insb. nämlich miteinander verschweißt bzw. verlötet, sind; und/oder - wobei Verformungskörper und Sensorfahne, insb. Anschlußhülse (113), Verformungskörper und Sensorfahne, Bestandteile ein und desselben monolithischen Formteils sind; und/oder - wobei die Sensorfahne zumindest anteilig, insb. überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, insb. einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht; und/oder - wobei Verformungskörper und Sensorfahne, insb. Anschlußhülse (113), Verformungskörper und Sensorfahne, aus einem gleichen Material bestehen; und/oder - wobei das elektrische Sensorsignal (des Wandlerelements) zeitlich ändernde, insb. zumindest zeitweise periodische, Bewegungen der Sensorfahne repräsentiert.
Sensor nach einem Ansprüche 12 bis 13, weiters umfassend: einen sich ausgehend von der zweiten Oberfläche des Verformungskörpers erstreckenden, insb. stabförmigen oder plattenförmigen oder hülsenförmigen, Ausgleichskörper zum Kompensieren von aus gemeinsamen Bewegungen von Verformungskörper und Sensorfahne resultierenden Kräften und/oder Momenten.
Sensor nach dem vorherigen Anspruch, - wobei sich der Ausgleichskörper durch das Beilagelement hindurch erstreckt, insb. derart, daß eine Trägheitshauptachse (insb. nämlich eine Längsachse) des Ausgleichskörpers und eine Trägheitshauptachse (insb. nämlich eine Längsachse) des Beilagelement s zueinander parallel verlaufen, insb. nämlich koinzident sind, und/oder derart, daß Beilagelement und Ausgleichskörper einander nicht kontaktieren; und/oder - wobei Verformungskörper und Ausgleichskörper stoffschlüssig miteinander verbunden, insb. nämlich miteinander verschweißt bzw. verlötet, sind; und/oder - wobei Sensorfahne und Ausgleichskörper zueinander fluchtend angeordnet sind; und/oder - wobei der Ausgleichskörper und der Verformungskörper so positioniert und zueinander ausgerichtet sind, daß eine Trägheitshauptachse des Verformungskörpers in Verlängerung parallel zu einer Trägheitshauptachse des Ausgleichskörpers verläuft, insb. nämlich damit koinzidiert; und/oder - wobei Verformungskörper und Ausgleichskörper Bestandteile ein und desselben monolithischen Formteils sind, insb. derart, daß Sensorfahne, Verformungskörper und Ausgleichskörper und/oder daß Anschlußhülse, Verformungskörper und Ausgleichskörper Bestandteile nämlichen Formteils sind; und/oder - wobei der Ausgleichskörper zumindest anteilige, insb. überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, insb. einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht; und/oder - wobei Verformungskörper und Ausgleichskörper aus einem gleichen Material bestehen, insb. derart, daß Sensorfahne, Verformungskörper und Ausgleichskörper und/oder daß Anschlußhülse, Verformungskörper und Ausgleichskörper aus dem gleichen Material bestehen.
Meßsystem zum Messen wenigstens eines, insb. zeitlich veränderlichen, Strömungsparameters, insb. einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Volumendurchflußrate, eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids, welches Meßsystem umfaßt: - einen Sensor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, insb. zum Erfassen von Druckschwankungen im strömenden Fluid; - sowie eine an das Wandlerelement des Sensors elektrisch angeschlossene Meß-Elektronik (2), die dafür eingerichtet ist, das Sensorsignal vom Sensor zu empfangen und zu verarbeiten, insb. nämlich den wenigstens einen Strömungsparameter repräsentierende Meßwerte (X_M) zu generieren, und/oder ein, insb. dem Erzeugen einer Verformungen des Verformungskörpers bewirkenden Kraft dienliches, elektrisches Treibersignal in das Wandlerelement einzuspeisen.
Meßsystem nach dem vorherigen Anspruch, weiters umfassend: ein in den Verlauf nämlicher Rohrleitung einsetzbares Rohr (3) mit einem Lumen (3`), das dafür eingerichtet ist, das in der Rohrleitung strömende Fluid zu führen, wobei der Sensor (1) in nämliches Rohr eingesetzt ist, derart, daß die erste Oberfläche des Verformungskörpers (111) dem Lumen (3`) des Rohrs zugewandt ist und daß die Sensorfahne in nämliches Lumen hineinragt.
Meßsystem nach Anspruch 16, weiters umfassend: ein in den Verlauf nämlicher Rohrleitung einsetzbares Rohr (3) mit einem Lumen (3`), das dafür eingerichtet ist, das in der Rohrleitung strömende Fluid zu führen, - wobei in der Wandung des Rohrs (3) eine, insb. eine dem Haltern des Verformungskörpers (111) an der Wandung dienende Fassung (3a) aufweisende, Öffnung (3") ausgebildet ist, - und wobei der Sensor (1) in nämliche Öffnung (3") eingesetzt ist, derart, daß der Verformungskörper (111) die Öffnung (20`) überdeckt, insb. nämlich hermetisch verschließt und/oder daß die erste Oberfläche des Verformungskörpers (111) dem Lumen (3`) des Rohrs zugewandt ist.
Meßsystem nach dem vorherigen Anspruch, umfassend einen Sensor nach einem der Ansprüche 14 bis 15, - wobei die Sensorfahne in das Lumen des Rohrs hineinragt - und wobei die Sensorfahne (112) eine Länge, gemessen als minimaler Abstand zwischen einem proximalen, nämlich an den Verformungskörper (111) grenzenden Ende der Sensorfahne (112) bis zu einem distalen, nämlich vom Verformungskörper (111) bzw. dessen Oberfläche (111 +) entfernten Ende der Sensorfahne (112) aufweist, welche Länge weniger als 95% eines Kalibers (DN) des Rohrs (3) und/oder mehr als einer Hälfte nämlichen Kalibers (DN) entspricht.
Meßsystem nach einem der Ansprüche 16 bis 20, weiters umfassend: einen im Lumen des Rohrs (3), insb. stromaufwärts, nämlich in (Haupt-)Strömungsrichtung vor dem Sensor, angeordneten Stauköper (4), der dafür eingerichtet ist, im strömendem Fluid eine Kärmänsche Wirbelstrasse zu bewirken.
Meßsystem nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Sensor für eine Erfassung von durch eine innerhalb des strömenden Fluids etablierten Kärmänschen Wirbelstrasse verursachte Druckschwankungen geeignet angeordnet ist.
Verwenden eines Meßsystems nach einem der Ansprüchen 16 bis 21 zum Messen eines Strömungsparameters - insb. nämlich einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Volumendurchflußrate und/oder einer Massendurchflußrate - eines in einer Rohrleitung strömenden, insb. zumindest zeitweise eine Temperatur von mehr als 200°C und/oder zumindest zeitweise mit einem Druck von mehr als 100 bar auf den Verformungskörper und/oder die Sensorfahne des Sensors wirkenden, Fluids, insb. einem Dampf.