專利名稱：振動型測量變換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種振動型測量變換器，特別是適用于克里奧利質量流量計的測量變 換器，其包括至少一條至少間歇地振動的測量管，用于引導待測介質；逆振蕩器，其通過 形成第一聯接區而在入口側固定在測量管上并且通過形成第二聯接區而在出口側固定在 測量管上；激勵器，用于至少驅動測量管；和傳感器組件，用于檢測至少測量管的振蕩。
背景技術：
在工業測量技術中，特別是在自動化技術過程的控制及監控中，為了確定管道中 流動的介質例如液體和/或氣體的特征過程參數(例如質量流量、密度、粘度等)，經常使 用在線測量儀表，特別是克里奧利質量流量計，其利用振動型測量變換器和與其連接的操 作及分析電子器件在流動介質中感生出力(例如，克里奧利力)并從這些力產生合適地 代表至少一個參數的測量信號。這種具有振動型測量變換器的在線測量儀表早已為人所 知并且在工業應用中得以使用。于是，例如在EP-A 317 340、US-A 47 38 144、US-A 47 77 833、US-A 48 23 614、US-A 52 91 792、US-A 53 98 554、US-A 54 76 013、US-A 56 02 345、US-A 56 91 485、US-A 57 96 010、US-A 57 96 012、US-A 59 45 609、US-A 59 79 246、US-B 63 30 832、US-B 63 97 685、US-B 66 91 583、US-B 68 40 109、US-B 68 83 387、US-B 70 77 014、US-B 70 17 424、US-B 72 99 699、US-A 2007/0186685、US-A 2007/0151371、US-A2007/0151370、US-A 2007/0119265、US-A 2007/0119264, WO-A 99 40394、WO-A 01 02 816或WO-A 00 14 485中描述了這種測量變換器，特別是它們在克里 奧利質量流量計中的應用。每一所公開的測量變換器都包括至少一條基本直的或至少一條 彎曲的在工作中振動的測量管，用于引導介質，該測量管通過入口側通入的入口管件和出 口側通入的出口管件而與管道相通。每一所公開的測量變換器還包括至少一個一件式或多部分構成的逆振蕩器，其例 如為管狀、盒狀或板狀，其在入口側聯接至測量管以形成第一聯接區并在出口側聯接至測 量管以形成第二聯接區，并且在工作中至少部分同樣振動。例如在US-A 52 91 792、US-A 57 96 010、US-A 59 45 609、US-A 70 77 014、US-A 2007/0119262、WO-A 01 02 816 或 WO-A 99 40 394中所示的測量變換器具有單一的基本直的測量管，正如傳統的工業級測量 變換器中常見的，該測量管與逆振蕩器基本彼此同軸。另外，在市面上常見的上述類型測量 變換器中，逆振蕩器往往基本為管狀并且基本為直的，且附加地設置在測量變換器中，使得 測量管至少部分被逆振蕩器圍繞，并且測量管和逆振蕩器基本同軸。適用于這種逆振蕩器 的材料包括成本較為低廉的鋼類型，例如結構鋼或快削鋼。這里所討論的類型的測量變換器還包括激勵器組件，其在合適調節的電子驅動信 號的驅動之下，在操作期間利用至少一個電子機械的特別是電動的振蕩激勵器激勵測量管 執行彎曲振蕩，該彎曲振蕩通常盡可能主要地或者唯一地在單一的虛擬的管振蕩平面(以 下稱作主振蕩平面)中，該管振蕩平面虛擬地切割兩個聯接區。另外，這種測量變換器還包 括傳感器組件，其具有特別是電動的振蕩傳感器，用于至少逐點地檢測測量管入口側及出口側的振蕩，并且用于產生由質量流量影響的電子傳感器信號。激勵器組件具有至少一個電動的振蕩激勵器和/或差動地作用于測量管和逆振 蕩器的振蕩激勵器；而傳感器組件包括在入口側的往往同樣是電動的振蕩傳感器以及在基 本相同結構的出口側振蕩傳感器。在市場上常見的具有一條測量管以及與其聯接的逆振蕩 器的測量變換器中，振蕩激勵器通常是利用線圈和細長的特別是棒狀的永磁體形成的，激 勵電流至少間歇地流經該線圈并且磁場至少間歇地切割該線圈，永磁體用作鐵心，其與至 少一個線圈交互作用，特別是插入至少一個線圈中，并且合適地固定至測量管。這里，永磁 體和線圈通常基本彼此同軸地延伸。另外，在傳統的測量變換器中，激勵器組件通常被這樣構造并放置在測量變換器 中，使得它基本在中央作用于測量管。往往至少一個振蕩激勵器以及激勵器組件在這里還 例如像在 US-A 57 96 010.US-B68 40 109、US-B 70 77 014 或 US-B 70 17 424 中公開的 測量變換器中那樣，至少沿著測量管的虛擬的中央外圍線逐點地在外部固定在測量管上。 替代利用幾乎在中央作用于測量管的振蕩激勵器形成的激勵器組件，例如正如在US-A 48 23 614中所建議的，可以使用一種激勵器組件，其是利用兩個并非在測量管的中央而是靠 近入口側及出口側固定在測量管上的振蕩激勵器形成的。在大多數所述類型的測量變換器中，正如已經指出的，傳感器組件的振蕩傳感器 至少與至少一個振蕩激勵器基本構造相同，根據相同的原理構成。相應地，這種傳感器組件 的振蕩傳感器還往往是利用至少一個通常固定至逆振蕩器的線圈形成的。至少間歇地，可 變磁場經過這個線圈，并且與之相伴隨地，線圈至少間歇地被加載感生的測量電壓。另外， 這些振蕩傳感器還各自包括永磁體鐵心，其固定至測量管、與至少一個線圈交互作用，并且 提供磁場。每一所述線圈還利用至少一對電連接線與在線測量儀表的所述操作及分析電子 器件相連，連接線往往在從線圈經過逆振蕩器到變換器外殼的最短路徑上延伸。為了使經過線圈和永磁體的磁場均勻，并且為了防止干擾的漏磁場，所述類型的 振蕩傳感器以及多數振蕩激勵器具有永磁體，其放置于至少部分由導磁材料制成的磁杯內 部并且保持在通常直接固定在測量管上的杯底上，基本管狀的特別是環形圓柱狀的磁杯杯 壁從杯底開始沿著測量管和逆振蕩器的相對振蕩的方向延伸。通常，永磁體基本設置在杯 底的中央，并且往往固定至杯底，使得永磁體和杯壁基本彼此同軸地延伸。除了用于記錄測量管的振動的振蕩傳感器之外，正如在EP 831306、US-A 57 36 653、US 53 81 697或WO-A 01/02 816中所建議的，測量變換器還可以包括其他內部件或 者在內部件附近設置的傳感器，該內部件利用測量管、逆振蕩器以及激勵器組件和傳感器 組件形成，特別地用于記錄輔助測量變量，例如溫度、加速度、應力等等。最后，US-A52 91 792, US-A 59 45 609、US-B 70 77 014、US-A2007/0119264、 WO-A 01 02 816或WO-A 99 40 394中顯示的每一測量變換器都包括一個特別是直接固定 在入口管件和出口管件上并且與測量管相聯接的逆振蕩器以及附加的圍繞所提供的激勵 器及傳感器組件的變換器外殼，，而例如在US-A 48 23 614中所示的測量變換器中，變換 器外殼近似由逆振蕩器自身形成，或者說，變換器外殼和逆振蕩器是同一部件。與具有彎曲的測量管的測量變換器相比，具有直的測量管的測量變換器的優點例 如是，幾乎在任何安裝位置，特別是在在線執行的清潔之后，直的測量管以高度的確定性清 空。另外，例如與彎曲的測量管相比，這種測量管的制造明顯更容易且相應地成本更低廉，而在操作中它們往往引起較小的壓力損耗。正如已知的，當激勵直的測量管執行在主振蕩平面中的遵循第一本征振蕩形式 (所謂的驅動模式或有效模式)的彎曲振蕩時，它在流過的介質中引起克里奧利力。在傳 統的上述類型測量變換器中，例如正如在US-A 52 91 792、US-B 68 40 109、US-B 70 77 014或US-B 70 17424中所公開的那些測量變換器，當令測量管主要在虛擬的主振蕩平面 中以有效模式振蕩時，這些克里奧利力反過來導致疊加與有效模式中的相同彎曲振蕩共面 的(即，同樣在主振蕩平面中執行)遵循第二本征振蕩形式彎曲振蕩，該第二本征振蕩形式 通常具有更高的階但是對稱特性不同(所謂的克里奧利模式或測量模式)。作為克里奧利 模式的彎曲振蕩的結果，在入口側和出口側利用傳感器組件記錄的振蕩具有也依賴于質量 流量的可測相位差。通常，這種特別是使用于克里奧利質量流量計中的測量變換器的測量管被激勵為 有效模式，具有第一本征振蕩形式的瞬時諧振頻率，特別是振蕩幅度被調節為恒定。由于這 個諧振頻率特別地還依賴于介質的瞬時密度，所以利用市場上常用的克里奧利質量流量計 除了質量流量之外至少還可以直接測量流動介質的密度。除了上面提到的或多或少明顯的密度依賴性，上述具有直的測量管的測量變換器 的一個特殊問題在于(在US-A 52 91 792、US-B 70 77014或本申請人的未公開德國專利 申請102007050686. 6中也已經討論了)，它們不僅僅具有上面討論的測量管執行在所述主 振蕩平面中的彎曲振蕩的自然振蕩模式，而且還具有如下自然振蕩模式，其中測量管可以 執行在另一虛擬的副振蕩平面中的彎曲振蕩，該副振蕩平面基本正交于主振蕩平面并且同 樣虛擬切割兩個聯接區，并且如果不采取特殊措施，每一在副振蕩平面中的振蕩模式自然 會與主振蕩平面中的相應振蕩模式擁有相同的諧振頻率。換言之，在所討論類型的具有直 的測量管的測量變換器中，由于除了期望的在主振蕩平面中激勵的有效模式之外，還發生 了在副振蕩平面中的不期望的干擾振蕩并且其靠近有效模式的振蕩頻率，這導致可能的測 量不準確，特別是基于在操作期間不可預測的零點改變。同樣對于主振蕩平面中的有效模 式，對于以不期望的方式在副振蕩平面中激勵的等頻振蕩模式，牽扯到相應的克里奧利力， 還會感應附加的與其共面的振蕩模式。這種干擾的一個原因可以例如是在所連接的管道中 的振動，或者往往是源自流動介質的寬頻噪聲。由于振蕩傳感器實際上幾乎不可避免的對 于副振蕩平面中的振蕩的交叉敏感性，這導致了在這種條件下提供的傳感器信號部分地以 對于測量準確度明顯的程度，既反映了測量管在主振蕩平面中的振蕩，又反映了測量管在 副振蕩平面中的相應振蕩。因為對應的振蕩具有基本相等的頻率，所以相應信號部分與主 副振蕩平面的匹配實際上是不可能的。另外，在兩個振蕩平面的振蕩模式足夠強的機械耦 合的情況中，可以實現振蕩能量自發地或周期性地從主振蕩平面傳遞至副振蕩平面，或者 反過來，從副振蕩平面傳遞至主振蕩平面。結果是，傳感器信號可以例如具有特征頻差，其嚴重破壞傳感器信號的信號處理 以及基于傳感器信號的振蕩調節。另外，在副振蕩平面中的振蕩運動是直接由外部干擾激 勵的或者間接通過前述的從主振蕩平面到副振蕩平面的能量傳遞而激勵的，這種振蕩運動 能夠導致傳感器信號間歇地具有過高的信號電平，從而接收并處理傳感器信號的輸入放大 器必須相應地尺寸增大并因而較為昂貴。為了抑制這種在副振蕩平面中執行的整體上非常有破壞性的振蕩，通常相對于對主振蕩平面中的振蕩有效的測量管剛度，增加對于這些在副振蕩平面中執行的振蕩有效的 測量管剛度，同時保持有效質量基本相等，并且由此將主振蕩平面和副振蕩平面的彼此相 對應的振蕩模式的諧振頻率有效地彼此分離。這里，典型地尋求大于30Hz的頻率分離。在 US-A 56 02 345中，為此建議了例如應用平支柱形式的彈簧元件，其附加地放置在特定的 測量管上，在緊鄰各個聯接區的入口側及出口側。在US-A 52 91 792中還公開了另一種用 于將主振蕩平面中的振蕩模式與副振蕩平面中的相應振蕩模式相分離的可能性。在這里建 議的測量變換器中，通過將測量管在中心以相應作用的彈簧元件偏壓而增加對于副振蕩平 面中的振蕩有效的測量管剛度，這里，彈簧元件的形式為U形加強彈簧，其在測量變換器中 基本在測量管和逆振蕩器的徑向上延伸。這個彈簧元件不影響用于主振蕩平面中的克里奧 利模式的測量管剛度。以這種方式，可以實現有效模式中的振蕩的振蕩頻率足夠大地超過 不期望的干擾振蕩的頻率，從而這種干擾振蕩的影響得到大幅度抑制。作為替代，在上面提 到的德國專利申請1020070500686.6中，建議了使用在入口側及出口側放置于聯接區附近 的“分散的”彈簧元件，用于頻率分離。正如在本申請人的未公開德國專利申請102006062220. 0、102006062219. 7或 102006062185. 9中所討論的，特別是在至少在實驗室條件下內部件在密度方面被很好地平 衡并且僅僅允許在主振蕩平面中振蕩的情況中，還可以將連接線識別為對于振蕩測量信號 的這種干擾(特別是影響零點的干擾)的另一個源頭。考慮這一點，在這些專利申請中建 議通過有針對性地合適地沿著內部件將導線引導出來到達變換器外殼，而抵消這種干擾。盡管前面所述的措施單獨地或者相互結合地顯著改善了所討論類型的測量變換 器的測量精度，特別是其零點穩定性，但是進一步的研究，特別是在實驗室條件下且基本沒 有干擾振動地執行的研究還是檢測到零點的漂移，這盡管較小，但對于這種測量變換器的 極高測量精度要求來說還是不可忽視的，并且無法基于任何上述現象解釋這些漂移。特別 地，已經發現，盡管在很大程度上消除或防止了上述干擾，但是零點對于安裝狀態還是有一 定的依賴性，這反過來顯示了一定的位置依賴性。可能令所討論類型測量變換器的測量精度特別是零點穩定性降低的其他干擾源 例如是交變電磁場，或者如在U. S.-B 72 99 699中所討論的振蕩摩擦、材料疲勞或者部 件連接處的松動，它們同樣可以被排除或者至少不能在觀察到的零點漂移的程度上得到解釋。利用Helmholtz線圈的實驗室研究將不同安裝位置的所討論類型的測量變換器 暴露于Helmholtz線圈的切換的磁場(已知基本是均勻的)中，研究最終令人驚訝地將恒 定的磁場看作對于長期無法解釋的明顯的零點偏移的一個可能的干擾源。進一步，依賴于 位置的地磁場的特殊影響可以被看作零點或者零點變化的位置依賴性的原因，其中考慮到 大約SOOmT的相當高的場強，這引起振蕩傳感器中規則的測量電壓，并且考慮到地磁場被 減弱了若干數量級這一事實，振蕩傳感器對于地磁場密度的位置改變的靈敏度相當令人驚 訝。現在，例如通過構造傳感器外殼以使得其有效磁阻顯著減小，而消除上述問題。這 反過來將需要使用具有較高的相對磁導的材料，例如快削鋼或結構鋼。然而，正如例如在 US-B 63 30 832中所討論的，這種材料不總是完全滿足對于現有技術中工業級測量變換器 的在耐腐蝕性和/或衛生方面的高要求，從而不得不采取進一步提高已經較高的材料和/或制造花費的措施。
發明內容
本發明的目的是改進前面所述類型的測量變換器，從而能夠實現測量精度對于測 量變換器的實際安裝位置和/或實際安裝地點的依賴性顯著減小。其特別是與傳統測量變 換器相比，在制造和/或材料方面的花銷方面大致相當或僅僅略微升高。為了實現目的，本發明在于一種用于管道中流動的介質的振動型測量變換器，該 測量變換器包括至少一條至少間歇地振動的測量管，用于引導待測介質；逆振蕩器，其通 過形成第一聯接區而在入口側固定在測量管上并且通過形成第二聯接區而在出口側固定 在測量管上；至少一個特別是電動的振蕩激勵器，用于例如差動地產生至少測量管相對于 逆振蕩器的機械振蕩；和至少一個特別是電動的第一振蕩傳感器，用于例如差動地記錄至 少測量管相對于逆振蕩器的振蕩。在本發明的測量變換器中，至少一個振蕩傳感器包括例 如固定至逆振蕩器的線圈以及與線圈磁耦合的永磁體，永磁體位于至少部分由導磁材料制 成的磁杯內部并且保持在例如固定至測量管上的杯底。另外，在本發明的測量變換器中，磁 杯的例如基本圓柱狀和/或管狀構成的杯壁從杯底開始例如基本沿著逆振蕩器的方向和/ 或測量管相對于逆振蕩器的彎曲振蕩的方向延伸，該杯壁具有至少一條縫隙，該縫隙例如 至少部分沿著測量管相對于逆振蕩器的振蕩的方向延伸。除此之外，本發明在于一種在線測量儀表，其例如構造為克里奧利質量流量計、密 度計、粘度計等等，用于測量和/或監控管道中流動的介質的至少一個參數，例如質量流 量、密度和/或粘度，在該在線測量儀表中應用上述類型的測量變換器。特別地，測量變換器具有至少一個第一自然振蕩模式，其中至少測量管可以執行 在虛擬的主振蕩平面中的彎曲振蕩。進一步，在操作期間至少間歇地利用至少一個振蕩激 勵器激勵測量管，使其至少部分，特別是主要或者唯一地，在虛擬的主振蕩平面中振蕩。在本發明的第一實施方式中，振蕩傳感器的線圈固定在逆振蕩器上。在本發明的第二實施方式中，至少一個振蕩傳感器的永磁體與測量管機械聯接。在本發明的第三實施方式中，至少一個振蕩傳感器的磁杯的杯底固定在測量管 上。在本發明的第四實施方式中，至少一個振蕩傳感器的例如細長的和/或棒狀的永 磁體以及線圈基本彼此同軸延伸。在本發明的第五實施方式中，至少一個振蕩傳感器的永磁體和杯壁彼此基本同軸 延伸。在本發明的第六實施方式中，至少一個振蕩傳感器的永磁體基本在杯底的中央固 定至杯底。在本發明的第七實施方式中，至少一個振蕩傳感器的永磁體以及至少一條縫隙至 少部分，例如主要地或者全部地，彼此基本平行地分布。在本發明的第八實施方式中，至少一條縫隙至少部分，例如主要地或者全部地，基 本為直的。在本發明的第九實施方式中，至少一條縫隙至少延伸到杯底。在本發明的第十實施方式中，至少一條縫隙延伸到磁杯的自由邊，例如基本朝向逆振蕩器的自由邊。進一步，至少一條縫隙從磁杯的例如面向逆振蕩器的自由邊開始，沿著 杯壁至少延伸到杯底。在本發明的第十一實施方式中，杯底被切縫。在本發明的第十二實施方式中，至少一條縫隙至少部分沿著杯底例如在杯底的徑 向上延伸。在本發明的第十三實施方式中，至少一個振蕩傳感器的永磁體也至少部分被切縫。在本發明的第十四實施方式中，至少一個振蕩傳感器的永磁體也具有至少一條縫 隙，例如至少部分在測量管相對于逆振蕩器振蕩的方向上延伸的縫隙。進一步，至少一條縫 隙延伸到永磁體的基本朝向逆振蕩器的自由邊。在本發明的第十五實施方式中，測量管至少部分，例如主要地或者完全地，由某種 材料制成，這種材料的導磁率比至少主要構成逆振蕩器的材料的導磁率小。在本發明的第十六實施方式中，逆振蕩器至少部分，例如主要地或者完全地，由導 磁材料制成。在本發明的第十七實施方式中，逆振蕩器至少部分，例如主要地或者完全地，由相 對磁導率至少為10，例如大于100的導磁材料制成。在本發明的第十八實施方式中，逆振蕩器至少部分，例如主要地或者完全地，由鋼 例如快削鋼或結構鋼制成。在本發明的第十九實施方式中，至少一個振蕩傳感器的永磁體至少部分，例如主 要地或者完全地，由稀土合金例如AINiCo、NyFeB, SmCo等等制成。在本發明的第二十實施方式中，至少一個振蕩傳感器的永磁體至少部分，例如主 要地或者完全地，由鐵氧體制成。在本發明的第二十一實施方式中，至少一個振蕩傳感器的磁杯至少部分，例如主 要地或者完全地，由鋼例如快削鋼或結構鋼制成。在本發明的第二十二實施方式中，至少一個振蕩傳感器的磁杯至少部分，例如主 要地或者完全地，由鐵氧體制成。在本發明的第二十三實施方式中，逆振蕩器至少部分，例如主要地或者完全地，由 鋼例如快削鋼或結構鋼制成。在本發明的第二十四實施方式中，測量管至少部分，例如主要地或者完全地，由鋼 或者鎳合金制成，鋼例如是不銹鋼和/或奧氏體鋼，諸如316L、318L，鎳合金例如是哈司特
銀合金。在本發明的第二十五實施方式中，測量管至少部分，例如主要地或者完全地，由鈦 制成。在本發明的第二十六實施方式中，測量管至少部分，例如主要地或者完全地，由鉭 制成。在本發明的第二十七實施方式中，測量管至少部分，例如主要地或者完全地，由鋯 制成。在本發明的第二十八實施方式中，至少一個振蕩傳感器的磁杯具有至少兩條縫 隙，例如具有多條縫隙并且/或者縫隙至少在杯壁內部彼此基本平行地延伸和/或形狀基
11本相同。在本發明的第二十九實施方式中，至少一個振蕩傳感器的磁杯具有至少兩條縫 隙，例如具有多條在杯底內部例如基本徑向延伸和/或形狀基本相同的縫隙。在本發明的第三十實施方式中，至少一個振蕩傳感器的永磁體具有至少兩條縫 隙，例如具有多條縫隙并且/或者縫隙彼此基本上平行延伸和/或形狀基本相同。在本發明的第三十一實施方式中，在操作期間至少間歇地向至少一個振蕩激勵器 供應電子驅動信號，該驅動信號影響測量管的振蕩，例如測量管在虛擬的主振蕩平面中的 彎曲振蕩。在本發明的第三十二實施方式中，第一振蕩傳感器和至少一個振蕩激勵器基本上 結構相同。在本發明的第三十三實施方式中，至少一個振蕩激勵器包括至少一個線圈，例如 與逆振蕩器機械連接特別是剛性聯接的線圈。進一步，至少一個振蕩激勵器還包括與線圈 磁耦合的永磁體，其放置在至少部分由導磁材料制成的磁杯內部并且保持在杯底，杯底例 如固定至測量管。為了進一步提高測量變換器的精度，磁杯的杯壁例如基本圓柱狀地和/ 或管狀地構成并且從至少一個振蕩激勵器的杯底開始，例如在逆振蕩器的方向上和/或在 測量管相對于逆振蕩器的彎曲振蕩的方向上延伸，該杯壁具有至少一條縫隙，該縫隙例如 至少部分在測量管相對于逆振蕩器的振蕩的方向上延伸。在本發明的第三十四實施方式中，第一振蕩傳感器放置在測量管的入口側。進一 步，測量變換器還包括至少一個第二振蕩傳感器，其例如與第一振蕩傳感器的結構基本相 同和/或出口側放置在測量管上。在本發明的第三十五實施方式中，測量管至少部分被逆振蕩器圍繞。在本發明的第三十六實施方式中，逆振蕩器基本為管狀。在本發明的第三十七實施方式中，逆振蕩器基本是直的。在本發明的第三十八實施方式中，測量管基本是直的。進一步，逆振蕩器基本為管 狀且基本為直的。以這種方式，還可以將測量管和逆振蕩器基本彼此同軸定向并且/或者 使得逆振蕩器能夠在操作期間至少間歇地執行圍繞彎曲振蕩軸線的彎曲振蕩，其特別是與 測量管的彎曲振蕩基本共面。另外，測量管因而可以在操作期間例如為了粘度測量而執行 圍繞與彎曲振蕩軸線基本平行特別是一致的扭轉振蕩軸線的扭轉振蕩。在本發明的第三十九實施方式中，測量管在兩個聯接區之間以基本保持恒定的特 別是環形的橫截面延伸。在本發明的第四十實施方式中，測量管具有基本圓柱狀的特別是環形圓柱狀的形 狀。在本發明的第四十一實施方式中，測量變換器還包括變換器外殼，其容納測量變 換器的由測量管、逆振蕩器、振蕩激勵器和至少一個振蕩傳感器形成的內部件。在本發明的第四十二實施方式中，測量管通過入口側通入的入口管件以及出口側 通入的出口管件與管道相通。進一步，測量變換器還包括固定在入口管件和出口管件上的 變換器外殼。本發明基于以下令人驚異的發現一方面，在期望的測量精度方面，從外部作用于 所討論類型的測量變換器上的磁場的主要的恒定部分對于零點有顯著的影響；然而，另一方面，線圈在磁場中的運動不是導致在振蕩傳感器提供的測量信號中的相應干擾，而是導 致振動的測量管和逆振蕩器之間的相對間隔周期性變化。反過來，由于相對間隔的周期性 變化，這特別地會引起內部件的磁阻以及測量變換器內部的磁場的空間分布整體上以有效 模式的振蕩頻率重復地變化，并且與之相隨地，振蕩傳感器的區域中的磁場密度也重復地 變化。作為磁場密度在振蕩傳感器的區域中隨時間改變的結果，在線圈中以及所連接的連 接線中可以感生相應的電壓；而另一方面，在大面積的金屬部件中也會形成相應的渦流，這 導致在振蕩傳感器中的感生電壓。特別是對于所述類型的干擾，預先規定通常在這種振蕩 傳感器中使用的磁杯。本發明的一個基本思想是以簡單的方式，有效減少通過地磁場在測量傳感器中產 生的或者由于在振蕩傳感器的區域中的磁場密度周期性變化而產生的零點干擾，這是通過 利用縫隙合適地修改被看作在穩定零點的意義上起到關鍵作用的磁杯而實現的，同時盡可 能保持在所討論類型的測量變換器中已經建立的結構形式和材料，以及它們在影響實際測 量效果的振蕩傳感器內部永磁體磁場的傳導及均勻化方面的良好特性。為了減小磁場的影響，在磁杯中提供多條縫隙，令人驚奇地發現，使用具有唯一的 沿著杯壁的縫隙的振蕩傳感器已經顯著地提高了測量變換器的零點穩定性。反過來，最終 實際在磁杯中可成形的縫隙的數目和/或大小至少具有一個限度，因為這將使得磁杯的抗 振動性和剛性減小并且磁杯的不期望的本征振蕩的趨向升高。同樣，為了永磁體的磁場的 足夠的均勻化以及為了適于實際測量而引導該磁場，明智的是將縫隙的數目限制地盡可能 小。實際上，成本與性能的權衡將導致為每個振蕩傳感器提供大約二至四條這種縫隙，以實 現通常期望的測量精度以及在以盡可能低的制造成本得到相當令人滿意的結果。
現在根據附圖中示出的例子解釋本發明；相同的部件在圖中具有相同的附圖標 記。清楚起見，后續圖中不再重復前面已經提到的附圖標記。附圖中圖1是用于測量管道中引導的介質的至少一個參數的在線測量儀表，其可以連接 在管道中；圖2以透視性側視圖示出使用于圖1的在線測量儀表的振動型測量變換器的一個 例子，其包括測量管和逆振蕩器以及端側的支架；圖3部分以側視圖示出圖2的測量變換器；圖4以第一橫截面示出圖2的測量變換器；圖5以第二橫截面示出圖2的測量變換器；圖6a_d示意性示出以橫向彎曲振蕩模式振蕩的測量管和逆振蕩器的彎曲線；圖7a、b以不同視圖示出用于圖2的測量變換器的振蕩傳感器的磁杯；和圖8a、b以不同視圖示出用于圖2的測量變換器的振蕩激勵器的磁杯。
具體實施例方式圖1顯示了能夠插入未顯示的管道且例如作為科里奧利質量流量計、密度計、粘 度計等而構成的在線測量儀表，其用于測量和/或監控管道中流動的介質的至少一個參 數，例如質量流量、密度、粘度等等。在線測量儀表為此包括振動型測量變換器，其電連接至
13在線測量儀表的安置在相應的電子器件外殼200中的這里未顯示的操作及分析電子器件， 該測量變換器在操作期間相應地被待測介質流過。圖2至5示意性地以不同視圖顯示了這種振動型測量變換器的原理性結構的 一個實施例。另外，作為示例示出的測量變換器的原理性機械結構及其作用方式與US-A 2007/0119265、US-A 2007/0119264、US-B 66 91 583, US-B 68 40 109 中示出的測量變換 器相類似。測量變換器用于在流過的介質中產生機械反作用力，例如依賴于質量流量的科里 奧利力、依賴于密度的慣性力和/或依賴于粘度的摩擦力，該反作用力以可測量特別是可 由傳感器記錄的方式反作用于測量變換器。從這些反作用力可以以本領域技術人員已知的 方式測量介質的例如質量流量m、密度P和/或粘度η。為了引導介質，測量變換器包括 至少一條測量管10 (在這里所示實施例中是單一的基本直的測量管10)，令其在操作中例 如以自然彎曲振蕩模式和/或自然扭轉振蕩模式振動，從而它重復彈性形變，以圍繞靜態 靜止位置振蕩。在這種情況中，測量變換器具有至少一個第一自然振蕩模式，其中至少測量 管可以執行在虛擬的主振蕩平面XZ中的彎曲振蕩。為了將作用于測量管10的干擾影響最小化以及為了減小從測量變換器一側向所 連接的管道釋放的振蕩能量，還在測量變換器中提供逆振蕩器20 (其在這里基本是直的并 且基本平行于測量管10延伸)。正如圖2中所示，該逆振蕩器通過形成實際上限定測量管 10的入口端的第一聯接區11#而在入口側固定在測量管10上并且通過形成實際上限定測 量管10的出口端的第二聯接區12#而在出口側固定在測量管10上。逆振蕩器20可以例如是管狀或盒狀的并且例如在入口端和出口端與測量管10相 連，從而正如在這種測量變換器中常見的那樣，它基本與這里基本直的測量管10同軸，并 且測量管10至少部分被逆振蕩器20圍繞。在本發明的一個實施例中，逆振蕩器還在其質 量和抗彎剛度方面與測量管相匹配，使得與測量管的彎曲振蕩相比，它執行非常明顯的相 等頻率的彎曲振蕩并且因而在操作期間至少間歇地執行圍繞彎曲振蕩軸線的彎曲振蕩。然 而，當逆振蕩器20明顯比測量管10重，從而與測量管相比，逆振蕩器至少名義上具有較小 的本征頻率并且因而在操作期間幾乎不振蕩或者至少與測量管相比不執行值得一提的振 蕩時，也是具有優點的。為了將待測介質引入及引出測量管10，通過在入口側通入第一聯接區的范圍中的 入口管件11以及在出口側通入第二聯接區的范圍中的特別是基本與入口管件11相同的出 口管件12，測量管10連接至這里未顯示的用于輸入及排出介質的管道。在所示實施例中， 入口管件11和出口管件12基本是直的并且與測量管10以及連接聯接區的縱軸L對齊。 具有優點的，測量管10和入口及出口管件11、12可以實施為一件，從而例如單一的管狀坯 件可以用于制造它們。代替由單一的一件式管的片段形成的測量管10、入口管件11和出 口管件12，如果需要，它們還可以利用隨后例如通過焊接而連接在一起的分離坯件而制造。 在本發明的實施例中，測量管還在兩個聯接區之間以基本恒定的橫截面特別是環形橫截面 延伸。特別地，測量管10基本圓柱狀特別是環形圓柱狀形成。正如結合圖1和2可以清楚看到的，利用測量管10、逆振蕩器20、入口管件11和 出口管件12形成的測量變換器的內部件進一步可振蕩地容納在以防介質泄漏以及大致壓 密的方式圍繞該內部件的變換器外殼30中。變換器外殼30適合地固定在入口及出口管件
1411、12遠離各自聯接區的端部上。對于測量變換器以可釋放的方式與管道組裝在一起的情 況，在入口管件11和出口管件12上分別提供第一和第二法蘭13、14。這里，法蘭13、14可 以同時實施為變換器外殼30的整體部件。如果需要，入口及出口管件11、12也可以例如利 用熔焊或硬焊直接與管道相連。為了產生測量管10的機械振蕩(現在是彎曲振蕩和/或扭轉振蕩)，測量變換器 還包括至少一個特別是電動的激勵器組件40。它用于將利用操作及分析電子器件饋送的經 相應調解的電子驅動信號形式(其例如具有受控電流和/或受控電壓)的激勵電能Erai。轉 換為激勵力Fex。，其例如以脈沖形式鐘控地或諧波地作用于測量管10并使測量管10以上述 方式彈性形變。這里，如圖4示意性示出的，激勵力Fex。可以雙向的或單向的構成，并且可 以以本領域技術人員熟知的方式例如利用流控和/或壓控電路而在幅度方面得到調整并 且例如利用鎖相環而在頻率方面得到調整。特別地，正如在這種測量變換器中常見的，激勵 器組件進一步這樣實施并設置在測量變換器中，使得它基本在中央作用于測量管和/或在 外部沿著測量管的虛擬中央外圍線至少逐點地固定至該測量管。激勵器組件40可以例如 是單一的電動鐵心_線圈系統，其差動地作用于測量管10和逆振蕩器20并且包括至少一 個直接地或者如圖2和4所示間接地固定至逆振蕩器20的圓柱狀激勵線圈41a。在操作期 間，激勵電流或者由此分支的激勵電流部分流經激勵線圈。另外，鐵心_線圈系統包括永磁 體鐵心41b，其至少部分延伸進入激勵線圈并且在外部特別是在中央固定至測量管10。在 這里所示實施例中，激勵器組件40的至少一個激勵線圈41a固定至杠桿41’ (這里是與測 量管10相連的杠桿)并且通過該杠桿以及與永磁體鐵心41b (其在這里在外部固定至逆振 蕩器20)的相互作用而作用于測量管10和逆振蕩器20。一個實施例中顯示的激勵器組件 40還包括三個附加的前述類型的鐵心-線圈系統42、43、44，它們各自差動地作用于測量管 10和逆振蕩器20。作為上述電動鐵心-線圈系統的替代，激勵器組件40也可以例如實施 為電磁鐵或震動激勵器。此外，在上述類型的測量變換器的情況中，還可以將振蕩激勵器的 各個線圈和/或鐵心例如直接固定至測量管或逆振蕩器，而無需使用居間的杠桿。為了記錄至少測量管10相對于逆振蕩器20的振蕩，測量變換器還包括至少一個 振蕩傳感器51，該振蕩傳感器特別是電動的和/或差動地記錄測量管和逆振蕩器的相對振 蕩，用于在操作期間至少間歇地提供代表測量管10的振動的振蕩測量信號Sl。正如在這 種測量變換器中非常常見的，至少一個振蕩傳感器51包括這里固定至逆振蕩器20的線圈 51a以及鐵心51b，鐵心實施為永磁體的形式，其與線圈51a磁耦合并且在這里固定至測量 管10。在本發明的實施例中，永磁體至少部分，特別是主要地或完全地，由稀土合金構成，例 如AINiCo、NyFeB, SmCo等等。作為替代或者補充，永磁體也可以由鐵磁體制造。傳感器線圈51a盡可能靠近這里固定在逆振蕩器20上的永磁體鐵心51b并且與 其磁耦合，從而在傳感器線圈51a中感生出可變的測量電壓，其受到在測量管10和逆振蕩 器20之間的改變傳感器線圈和鐵心的相對距離的橫向相對運動影響并且/或者受到在測 量管10和逆振蕩器20之間的改變傳感器線圈相對于鐵心的相對位置的旋轉相對運動影 響。如果需要，傳感器線圈51a可以為此也固定至逆振蕩器20，并且以相應的方式，與其耦 合的鐵心51b可以固定至測量管10。正如圖7a和7b示意性示出的，特別是細長和/或棒狀的永磁體51b放置在至少 部分由導磁材料構成的磁杯51c內部并且被保持在杯底51c’，該杯底例如直接固定至測量
15管10。這里，非常具有優點的是，將永磁體51b基本在中央固定至杯底51c’。在本發明的 另一實施例中，磁杯51c還至少部分，特別是主要地或全部地，由鋼(例如快削鋼或結構鋼) 制成。作為替代或補充，磁杯51c也可以例如由鐵磁體制造。磁杯51c的特別是基本環形 圓柱狀或管狀的杯壁51c”從杯底51c’延伸。在本發明的進一步發展中，至少一個振蕩器 傳感器51的永磁體51b和線圈51a基本彼此同軸地延伸。對于已經描述的情況，磁杯51c 的杯壁51c”基本環形圓柱狀和/或管狀地構成，在本發明的進一步發展中，永磁體51b和 杯壁51c”基本彼此同軸地分布。 在本發明的進一步發展中，如圖3所示，除了至少一個振蕩傳感器51之外，測量變 換器還包括至少一個附加的振蕩傳感器52，其在操作期間至少間歇地提供相應的第二振蕩 信號s2。為了檢測測量管的入口側及出口側振蕩，如圖2或3示意性顯示的，至少兩個振 蕩傳感器51、52中的第一振蕩傳感器放置在測量管10的入口側上，而至少兩個振蕩傳感器 51,52中的第二振蕩傳感器放置在測量管10的出口側上。這里，兩個特別是基本構造相同 的振蕩傳感器51、52以具有優點的方式設置在測量管10的同一側上，并且在這里在測量變 換器中在與兩個聯接區11#、12#相間隔地放置，使得它們各自與測量管10的中央和/或兩 個聯接區11#、12#中最靠近的那個聯接區具有基本相同的間隔。激勵器組件40以及至少一個振蕩傳感器51利用相應的連接線與在線測量儀 表的上述操作及分析電子器件電連接，連接線至少部分在變換器外殼內引導；這里特 別是參見開始提到的本申請人的德國專利申請102006062220. 0、102006062219. 7或 102006062185.9。這里，連接線可以至少部分實施為至少部分被電絕緣包封的電線并且可 以例如為“雙絞線”、扁平電纜和/或同軸電纜的形式。作為替代或者補充，連接線可以至少 部分利用特別是柔性的電路板的跡線形成，該電路板如果需要可以被涂漆。在本發明的另一實施例中，測量管10、逆振蕩器20、至少一個振蕩傳感器51以及 激勵器組件40在質量分布方面總體上這樣彼此匹配，使得測量變換器的這樣形成的利用 入口及出口管件11、12懸吊的內部件的質心MS至少位于測量管10的內部，優選地盡可能 靠近測量管縱軸L。另外，內部件具有與入口管件11和出口管件12對齊并且至少部分位于 測量管10的內部的第一慣性主軸1\。由于內部件的質心MS的位置，特別是由于第一慣性 主軸T1的上述位置，測量管10的扭轉振蕩和彎曲振蕩至少在有效模式中最大程度地在機 械上彼此解耦。在本發明的另一實施例中，測量變換器的內部件的第一慣性主軸T1基本與上述縱 軸L 一致。另外，在本發明的另一實施例中，測量變換器的內部件的第二慣性主軸T2基本 與上述中央軸一致。為了進一步提高測量精度并且基于在最初提到的US-A2007/0186685、US-A 2007/0119265、US-A 20070/119264、US-B 66 91583 或 US-B 68 40 109 中建議的測量變 換器，在本發明的進一步發展中，正如結合圖2、3和6a可以清楚看到的，本發明的測量變 換器還包括第一托架15和第二托架16，該第一托架在第一聯接區的范圍內與入口管件11 和測量管10相聯并且具有在入口管件11的區域中的質心M15，第二托架在第二聯接區的范 圍內與出口管件12和測量管10相聯并且具有在出口管件12的區域中的質心Mieo換言 之，兩個托架15、16特別是具有相同的結構且還可以彼此等同，它們這樣設置在測量變換 器中，使得各個質心M15、M16與測量管10相間隔。特別地，質心M15、M16與測量管10對齊。
16于是，兩個托架15、16偏心地保持在入口及出口管件上并且相應地偏心地保持在測量管 10和逆振蕩器20上。這樣形成的內部件的作用方式對應于在所述的US-A2007/0186685、 US-A2007/0119265、US-A 20070/119264、US-B 66 91 583 或 US-B 68 40 109 中所示的內 部件的作用方式。為了能夠盡可能簡單且成本低廉地制造托架以及最終制造測量變換器， 兩個托架15、16各自可以基本構造為管狀或套筒狀，從而它們各自可以基本利用特別是金 屬的套筒形成，該套筒特別是在逆振蕩器20已經與測量管10相連之后被推上逆振蕩器20。 在進一步發展中，每一形成各個托架15、16的套筒具有至少一個環形槽；關于這一點，參見 前面提到的 US-A 2007/0186685、US-A2007/0119265 或 US-A 2007/0119264。為了制造入口及出口管件以及測量管，通常可以使用實際上對于這種測量變換器 常用的任何材料，例如不銹鋼和/或奧氏體鋼、鈦、鉭、鋯，或者鎳合金，諸如哈司特鎳合金。 例如，特別是鈦、鉭、鋯或不銹鋼(諸如316L、318L)的應用已經證明特別適合測量管10以 及入口管件11和出口管件12，而例如出于節約成本的原因，對于逆振蕩器20以及托架15、 16和變換器外殼30應用成本低廉且通常易于導磁的碳鋼是非常具有優點的。相應地，在本 發明的進一步發展中，測量管10還至少部分，特別是主要地或完全地，由一種材料構成，這 種材料例如是前述的常用測量管材料，它的磁導率比至少主要或完全構成逆振蕩器的材料 的磁導率低。特別地，進一步提出，逆振蕩器20至少部分，特別是主要地或完全地由導磁材 料制成。優選地，逆振蕩器至少部分，特別是主要地或完全地，由相對磁導率至少為10，特別 是大于100的導磁材料制成，該材料諸如是快削鋼或結構鋼。這種鋼對于本領域技術人員 是已知的，例如標號為St 37、St 38或St 53。在測量變換器的操作期間，正如已經多次提到的，測量管10被利用在操作期間被 供應電子驅動信號的激勵器組件40而激勵為至少間歇地執行在虛擬的主振蕩平面XZ中的 橫向彎曲振蕩，特別是在相應的自然振蕩模式的自然諧振頻率的范圍內，從而它以這種所 謂的有效模式至少部分，特別是主要地，遵循自然第一本征振蕩形式偏轉。這里，有效模式 中的彎曲振蕩基本垂直于彎曲振蕩軸線，該彎曲振蕩軸線基本與將兩個聯接區11#、12#虛 擬連接在一起的縱軸L基本平行，特別是一致。在本發明的一個實施例中，進一步提出，在 操作期間至少間歇地利用激勵器組件激勵測量管，使得測量管主要地或唯一地在虛擬的主 振蕩平面中振蕩。在本發明的另一實施例中，測量管10被利用合適供電的激勵器組件40而激勵 為具有振蕩頻率fex。，該振蕩頻率盡可能精確地對應于測量管10的所謂的π本征模式的 自然諧振頻率，該本征模式是對稱的本征模式，其中正如圖6b至6d示意性顯示的，振動 的但是未被介質流過的測量管10相對于垂直于縱軸L的中央軸基本對稱地彎曲并且基 本上具有單一的振蕩波腹；關于這一點，例如也參見開始提到的US-A2007/0119265、US-A 2007/0119264或US-B 68 40 109。以相同的方式，正如圖6b示意性顯示的，逆振蕩器20 同樣被激勵為在測量變換器工作期間彎曲振蕩，該彎曲振蕩與測量管10的彎曲振蕩基本 共面但是基本反相。以這種方式，振蕩的測量管10和逆振蕩器20在操作期間至少間歇地 和/或部分地以有效模式橫向振蕩，在該有效模式中它們共同執行在虛擬的主振蕩平面XZ 中的基本共面的彎曲振蕩。對于介質在管道中流動并且因此質量流量m不等于零的情況，在流過的介質中利 用以上述方式振動的測量管10感生出科里奧利力。它們反過來作用于測量管10并且實現測量管10附加的與自然第二本征振蕩形式相對應的可由傳感器記錄的形變(未顯示)，該 形變基本共面地疊加在所激勵的有效模式上。結果，測量管基本在虛擬的主振蕩平面XZ中 以科里奧利模式振蕩。這里，測量管10的形變的瞬時特性特別是在幅度方面也依賴于瞬時 質量流量m。正如在這種測量變換器類型中常見的，用作第二本征振蕩形式的所謂的科里 奧利模式可以例如是具有兩個振蕩波腹的被稱為反對稱f2本征模式的本征振蕩形式，和/ 或是具有四個振蕩波腹的被稱為反對稱f4本征模式的本征振蕩形式。另外，在本發明的一 個實施例中，測量管10和逆振蕩器20的大小被定為，使得空的測量管10的最低自然本征 頻率f1(l大于或約等于逆振蕩器20的最低自然本征頻率f2(l。特別地，測量管10和逆振蕩 器20的大小被定為，使得被填充了水的測量管10的最低自然本征f1(l,·至少等于逆振蕩器 20的最低自然本征頻率f2(l。在本發明的另一實施例中，測量管10和逆振蕩器在振蕩特性 方面彼此匹配，使得當測量管被完全充滿水時，測量管10的最低自然本征f1(l, H20對應于逆 振蕩器20的最低自然本征頻率f2(l的至少1. 1倍。在由鈦制成的標稱直徑DN約為55mm、長 度Lltl約為570mm且壁厚約為2. 5mm的測量管的情況中，空的測量管的fl本征模式的自然 諧振頻率Tlthuift將約為550Hz，而被填充了水的測量管的Π本征模式的自然諧振頻率f1Q, H2。將約為450Hz。在本發明的進一步發展中，特別是基于US-B 68 40 109中示出的測量變換器，測 量管10還在操作期間至少間歇地，特別是與前述彎曲振蕩同時地，執行圍繞基本與縱軸L 或者與前述彎曲振蕩軸線平行的扭轉振蕩軸線的扭轉振蕩。正如在這種測量變換器中非常 常見的，扭轉振蕩軸線、彎曲振蕩軸線以及縱軸L可以基本一致。對于上述測量管10，例如 扭轉振蕩的最低自然諧振頻率將會在大約750Hz的范圍。正如已經提到的，在前述類型的測量變換器中，特別是在具有非磁性的測量管以 及與該測量管相比明顯具有磁性的逆振蕩器的測量變換器中，一個特殊的問題是，相等磁 性的鐵心和/或磁杯隨時間改變磁場B (例如地磁場)的場密度，該磁場可能從外部耦合入 測量變換器并且在振蕩傳感器的區域中橫貫測量變換器，從而感生出干擾電壓并且該干擾 電壓疊加在實際的振蕩測量信號上。為了減少這種干擾，進一步在本發明的測量變換器中， 至少一條縫隙511c”形成在磁杯的例如基本環形圓柱和/或管狀構成的杯壁51c”中，該杯 壁基本上沿測量管10和逆振蕩器20的共面振蕩的方向從杯底51c’開始延伸。在本發明的另一實施例中，磁杯51c中的至少一條縫隙511c”至少部分，特別是主 要地或完全地，基本是直的，從而該縫隙在杯壁51c”的內部至少部分基本沿測量管10與逆 振蕩器20的橫向的例如共面的彎曲振蕩的方向延伸，特別是在虛擬的主振蕩平面XZ中延 伸。作為替代或補充，至少一條縫隙511c”可以在杯壁51c”內部延伸，然而也至少部分傾 斜和/或螺旋。不考慮杯壁51c”內的至少一條縫隙511c”的實際形狀和/或長度，基本的 考慮是具有優點的是令縫隙盡可能窄，以維持磁杯的剛性。由于縫隙511c”的寬度實際上 僅僅很少地影響干擾排除的期望效力，所以這尤其是真實的。考慮到這一點，在本發明的另 一實施例中，至少一條縫隙511c”的最大寬度小于1mm。在本發明的另一實施例中，永磁體51b和至少一條在杯壁內部延伸的縫隙511c” 這樣形成并相對彼此定向，使得二者都至少部分，特別是主要地或完全地，彼此基本平行。在本發明的另一實施例中，至少一條在杯壁51c”內部延伸的縫隙511c”延伸直至 磁杯51c的自由邊51c”’，這里，自由邊51c”’基本朝向逆振蕩器20。這里，特別具有優點
18的是至少一條縫隙511c”從磁杯51c的所述邊開始沿著杯壁51c”至少延伸至杯底51c’。作為前述實施例的替代或補充，在本發明的另一實施例中，如圖7b所示，杯底 51c’也被切縫。特別地，至少一個在杯壁內延伸的縫隙511c”伸長，使得它至少部分也沿著 杯底51c’在杯底51c’的徑向上延伸，如圖7b示意性示出。另外，如圖7b示意性示出的， 通過例如以杯底中相應的孔的形式而將至少一條在杯底中形成的縫隙部分擴寬，可以進一 步提高縫隙的效果。盡管利用沿著杯底51c”延伸的單一縫隙已經可以實現相關測量變換器的零點穩 定性顯著提高，但是正如已經提到的，可以確定的是，在磁杯中提供的縫隙越多，從外部耦 合入的干擾測量的磁場B的影響整體上越小。在本發明的進一步發展中，為了附加地改進 干擾抑制，磁杯不僅具有一條縫隙，而是正如圖7a和7b示意性示出的，具有至少兩條或多 條這種縫隙511c”、512c”、513c”、514c”，它們例如至少在杯壁內部基本平行和/或基本形 式一致。正如上面使用一條縫隙的例子所揭示的，在振蕩傳感器51的磁杯51c中具有多條 縫隙的情況，兩條或多條這種縫隙可以形成在杯底51c’的內部，它們例如基本徑向延伸和 /或基本一致地構成。然而，這里應當注意，所應用的縫隙的數目應當小心地被限制為對于 實際振蕩測量所需的永磁體的磁場具有足夠的均勻性以及合適的引導。為了提高單一或多 重切縫的磁杯的抗疲勞性以及剛性，以及與其相關聯地，為了防止該磁杯的不期望的本征 振動，具有優點的是將磁杯或其至少切縫的部分完全或部分內嵌于非導電陶瓷和/或非導 電塑料(諸如環氧樹脂)中，并且/或者至少部分利用非導電陶瓷和/或非導電塑料填充 縫隙。作為磁杯的前述多重切縫的替代或補充，正如圖7a所示，干擾抑制的進一步改進 還可以通過不僅對于磁杯51c而且對于永磁體51b至少部分切縫而實現。在本發明的另一 實施例中，除了磁杯之外，永磁體51b也具有至少一條縫隙511b，其至少部分沿著測量管10 和逆振蕩器20的基本共面的振蕩的方向延伸。這條縫隙511b可以例如延伸至永磁體51b 的未與測量管10相連的自由端或自由邊51b””。作為替代或補充，永磁體51b可以進一步 具有至少兩條特別是多條縫隙511b、512b，它們基本彼此平行地延伸和/或基本形狀一致。在本發明的進一步發展中，至少一個振蕩激勵器41和至少一個振蕩傳感器51根 據相同的作用原理構造，特別是具有基本相同的結構。相應地，在本發明的另一實施例中， 至少一個振蕩激勵器41還具有至少部分由導磁材料構成的磁杯41c，其帶有例如固定至測 量管10或者(正如結合圖4、8a和8b清楚看到的)固定至逆振蕩器20的杯底41c’，與線 圈41a磁耦合的永磁體41b保持在該杯底上。然而，作為替代，至少一個振蕩激勵器也可以 正如已經提到的那樣將線圈41a固定至逆振蕩器20和磁杯41c，其中永磁體41b放置在其 中，與測量管相對應，從而激勵器組件40的至少一個線圈41a特別是剛性地與逆振蕩器20 機械連接。在本發明的另一實施例中，磁杯41c的杯壁41c”(特別是基本環形圓柱狀或管 狀構造的杯壁)在逆振蕩器的方向或測量管的方向上從至少一個振蕩激勵器41的磁杯41c 的杯底41c’延伸，具有至少一條特別是至少部分在測量管10和逆振蕩器20的振蕩方向上 延伸和/或向著磁杯41c的自由邊41c”’延伸的縫隙411c”。正如可以從以上解釋而毫無困難地識別的，本發明的測量變換器的特征在于，與 所討論類型的傳統測量變換器相比，從設計或制造的視角看，為了保持上述類型的振蕩測 量信號以非常有效的方式擺脫由于外部磁場B而感生的干擾，并且特別是同時保持測量變
19換器的傳統結構和/或傳統布線，僅僅需要對于振蕩傳感器或傳統上已經用于振蕩傳感器 的磁杯進行較小的易于實施的改動。
權利要求
用于管道中流動的介質的振動型測量變換器，該測量變換器包括 至少一條至少間歇地振動的測量管(10)，用于引導待測介質； 逆振蕩器(20)，其通過形成第一聯接區(11#)而在入口側固定在測量管(10)上并且通過形成第二聯接區(12#)而在出口側固定在測量管(10)上； 至少一個特別是電動的振蕩激勵器(41)，用于特別是差動地產生至少測量管(10)相對于逆振蕩器(20)的機械振蕩；和 至少一個特別是電動的第一振蕩傳感器，用于特別是差動地記錄至少測量管(10)相對于逆振蕩器(20)的振蕩； 其中，所述至少一個振蕩傳感器(51)包括特別是固定至所述逆振蕩器(20)的線圈(51a)以及與該線圈磁耦合的永磁體(51b)，該永磁體位于至少部分由導磁材料制成的磁杯(51c)的內部并且保持在特別是固定至所述測量管的杯底(51c’)上；以及 其中，所述磁杯的特別是基本環形圓柱狀和/或管狀構成的杯壁(51c”)從所述杯底開始特別是基本沿著所述逆振蕩器的方向延伸，該杯壁具有至少一條縫隙(511c”)，該縫隙特別是至少部分沿著所述測量管(10)相對于所述逆振蕩器(20)的振蕩的方向延伸。
2.根據權利要求1所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩傳感器的線圈固定在逆振 蕩器(20)上。
3.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩傳感器的永磁體與 測量管(10)機械聯接。
4.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，磁杯的杯底固定在測量管上。
5.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩傳感器的特別是細 長的和/或棒狀的永磁體以及線圈彼此基本同軸地分布。
6.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，永磁體和杯壁彼此基本同軸地分布。
7.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩傳感器的永磁體基 本在杯底的中央固定至杯底。
8.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩傳感器的永磁體以 及至少一條縫隙至少部分，特別是主要地或者全部地，彼此基本平行地分布。
9.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一條縫隙至少部分，特別是主 要地或者全部地，基本為直的。
10.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一條縫隙至少延伸到杯底。
11.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一條縫隙延伸到磁杯(51c) 的特別是基本朝向逆振蕩器的自由邊(51c””)。
12.根據權利要求11所述的測量變換器，其中，至少一條縫隙從磁杯的特別是朝向逆 振蕩器的自由邊開始，沿著杯壁至少延伸到杯底。
13.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，杯底也被切縫。
14.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一條縫隙至少部分沿著杯底 特別是在杯底的徑向上延伸。
15.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩傳感器的永磁體也 至少部分被切縫。
16.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩傳感器的永磁體 (51b)也具有至少一條縫隙(511b)，該縫隙特別是至少部分在測量管(10)相對于逆振蕩器 (20)振蕩的方向上延伸。
17.根據權利要求16所述的測量變換器，其中，永磁體(51b)的至少一條縫隙延伸到永 磁體的基本朝向逆振蕩器的自由邊(51b””)。
18.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，測量管至少部分，特別是主要地 或者完全地，由一種材料構成，這種材料的導磁率比至少主要構成逆振蕩器的材料的導磁 率小。
19.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，逆振蕩器至少部分，特別是主要 地或者完全地，由導磁材料構成。
20.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，逆振蕩器至少部分，特別是主要 地或者完全地，由相對磁導率至少為10，特別是大于100的導磁材料構成。
21.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，逆振蕩器至少部分，特別是主要 地或者完全地，由鋼特別是快削鋼或結構鋼構成。
22.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩傳感器的永磁體至 少部分，特別是主要地或者完全地，由稀土合金特別是AlNiC0、NyFeB、SmC0等構成。
23.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩傳感器的永磁體至 少部分，特別是主要地或者完全地，由鐵氧體構成。
24.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩傳感器的磁杯至少 部分，特別是主要地或者完全地，由鋼特別是快削鋼或結構鋼構成。
25.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩傳感器的磁杯至少 部分，特別是主要地或者完全地，由鐵氧體構成。
26.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，逆振蕩器至少部分，特別是主要 地或者完全地，由鋼特別是快削鋼或結構鋼構成。
27.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，測量管至少部分，特別是主要地 或者完全地，由特別是不銹鋼和/或奧氏體鋼，特別是316L、318L構成，或者由鎳合金特別 是哈司特鎳合金構成。
28.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，測量管至少部分，特別是主要地 或者完全地，由鈦構成。
29.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，測量管至少部分，特別是主要地 或者完全地，由鉭構成。
30.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，測量管至少部分，特別是主要地 或者完全地，由鋯構成。
31.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩傳感器的磁杯具有 至少兩條特別是多條并且/或者至少在杯壁的內部彼此基本平行地分布并且/或者基本形 狀相同的縫隙(51 lc〃 ,512c" ,513c" ,514c")。
32.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩傳感器的磁杯具有 至少兩條特別是多條在杯底的內部特別是基本徑向分布并且/或者基本形狀相同的縫隙 (511c" ，512c" ，513c" ，514c")。
33.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩傳感器的永磁體具 有至少兩條特別是多條并且/或者彼此基本平行地分布并且/或者基本形狀相同的縫隙 (511b,512b)。
34.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，具有至少一個第一自然振蕩模式，其中 至少測量管能夠執行在虛擬的主振蕩平面(XZ)中的彎曲振蕩。
35.根據權利要求34所述的測量變換器，其中，在操作期間至少間歇地利用至少一個 振蕩激勵器激勵測量管，使該測量管至少部分，特別是主要或者唯一地，在虛擬的主振蕩平 面中振蕩。
36.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，在操作期間至少間歇地向至少一 個振蕩激勵器供應電子驅動信號，該驅動信號影響測量管的振蕩，特別是測量管在虛擬的 主振蕩平面中的橫向彎曲振蕩。
37.根據權利要求36所述的測量變換器，其中，第一振蕩傳感器(51)和至少一個振蕩 激勵器(41)基本上結構相同。
38.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩激勵器(41)包括 至少一個線圈(41a)，該線圈例如與逆振蕩器機械連接特別是剛性聯接。
39.根據權利要求38所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩激勵器還包括與所述線 圈(41a)磁耦合的永磁體(41b)，該永磁體放置在至少部分由導磁材料構成的磁杯(41c)的 內部并且保持在特別是固定至測量管的杯底(41c’ )上。
40.根據權利要求39所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩激勵器的磁杯(41c)的杯 壁(41c”)特別是基本為環形圓柱狀和/或管狀并且從至少一個振蕩激勵器的杯底開始特 別是在逆振蕩器的方向上延伸，該杯壁具有至少一條縫隙(411c”)，該縫隙特別是至少部分 在測量管(10)相對于逆振蕩器(20)的振蕩的方向上延伸。
41.根據權利要求40所述的測量變換器，其中，至少一個振蕩激勵器的至少一個線圈 (41a)與逆振蕩器機械連接，特別是剛性聯接。
42.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，第一振蕩傳感器(51)在入口側 放置在測量管(10)上。
43.根據權利要求42所述的測量變換器，還包括至少一個第二振蕩傳感器(52)，該第 二振蕩傳感器特別是與第一振蕩傳感器(51)的結構基本相同。
44.根據權利要求43所述的測量變換器，其中，所述第二振蕩傳感器(52)在出口側放 置在測量管(10)上。
45.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，測量管(10)至少部分被逆振蕩 器(20)圍繞。
46.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，逆振蕩器(20)基本為管狀。
47.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，逆振蕩器(20)基本是直的。
48.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，測量管(10)基本是直的。
49.根據權利要求48所述的測量變換器，其中，逆振蕩器(20)基本為管狀且基本為直的。
50.根據權利要求49所述的測量變換器，其中，測量管(10)和逆振蕩器(20)彼此基本定向。
51.根據權利要求50所述的測量變換器，其中，逆振蕩器在操作期間也至少間歇地執 行圍繞彎曲振蕩軸線的彎曲振蕩。
52.根據權利要求48至51之一所述的測量變換器，其中，測量管在操作期間至少間歇 地執行圍繞與所述彎曲振蕩軸線基本平行特別是一致的扭轉振蕩軸線的扭轉振蕩。
53.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，測量管(10)在兩個聯接區(11#， 12#)之間以基本保持恒定的特別是環形的橫截面延伸。
54.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，測量管(10)具有基本圓柱狀的 特別是環形圓柱狀的形狀。
55.根據前述任一權利要求所述的測量變換器，其中，測量管(10)通過入口側通入的 入口管件(11)以及通過出口側通入的出口管件(12)與管道相通。
56.根據權利要求55所述的測量變換器，還包括固定在入口管件(11)和出口管件 (12)上的變換器外殼(30)。
57.根據權利要求1至55之一所述的測量變換器，其中，還包括變換器外殼(30)。
58.根據前面任一項權利要求所述的測量變換器在在線測量儀表中的應用，該在線測 量儀表用于測量和/或監控管道中流動的介質的至少一個參數，特別是質量流量m、密度P 和/或粘度Π，且該在線測量儀表特別是克里奧利質量流量計、密度計、粘度計等。
全文摘要
測量變換器，包括至少間歇地振動的測量管，用于引導待測介質；逆振蕩器，其通過形成第一聯接區而在入口側固定在測量管上并且通過形成第二聯接區而在出口側固定在測量管上；至少一個振蕩激勵器，用于至少驅動測量管；和至少一個振蕩傳感器，用于檢測至少測量管的振蕩。在工作期間，測量管至少間歇地和/或至少部分地執行圍繞虛擬的彎曲振蕩軸的彎曲振蕩，該虛擬的彎曲振蕩軸將兩個聯接區虛擬地彼此連接。振蕩傳感器具有特別是固定在逆振蕩器上的線圈以及與線圈磁耦合的永磁體，該永磁體放置在至少部分由導磁材料制成的磁杯的內部并且保持在杯底，特別是杯底固定在測量管上。另外，在本發明的測量變換器中，磁杯的杯壁特別是基本環形圓柱狀或管狀，且從杯底開始特別是基本沿著逆振蕩器的方向延伸，該杯壁具有至少一條縫隙，該縫隙特別是至少部分沿著測量管相對于逆振蕩器振蕩的方向延伸。
文檔編號G01F1/84GK101903754SQ200880121437
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月12日 優先權日2007年12月20日
發明者克里斯蒂安·許策, 恩尼奧·比托, 沃爾夫岡·德拉赫姆, 邁克爾·富克斯, 邁克爾·維斯曼, 阿爾弗雷德·里德 申請人:恩德斯+豪斯流量技術股份有限公司