专利名称：具有旋涡发生器的科里奥利质量流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及以非侵入方式测量至少一个物理参数的测量传感器和方法，该物理参数特别是管道中流动的流体特别是多相流体的质量流量和/或密度和/或粘度。
背景技术：
在过程测量和自动化技术中，管道中流动的流体的物理参数，比如质量流量，密度，和/或粘度，经常是利用测量仪表测量的，该测量仪表使用流体穿过其中的振动测量传感器和与其连接的测量和控制电路，在流体中以非侵入方式引起反作用力，比如对应于质量流量的科里奥利力，对应于密度的惯性力，或对应于粘度的摩擦力，并且从中得到分别表示流体的质量流量，粘度，和/或密度的测量信号。
在，例如，WO-A 01/33174，WO-A 00/57141，WO-A 98/07009，WO-A 95/16897，WO-A 88/03261，US-A 60 06 609，US-A 57 96 011，US-A 53 01 557，US-A 48 76 898，US-A 45 24 610，EP-A 553 939，或EP-A 1 001 254中公开了这种振动测量传感器。
为引导流体，每个测量传感器包含由支撑框架保持并具有弯的或直的管段的至少一个测量管，该测量管在操作中由电机激励组件驱动，使得其振动以产生上述反作用力。为检测管段的振动，特别是入口侧和出口侧的振动，每一测量传感器包含响应管段运动的传感器组件。
除这种振动型测量传感器以外，计算沿流体流动方向发送的超声波的发送时间的电磁感应测量传感器或测量传感器，特别是基于多普勒原理的测量传感器，经常用在用于联机(in-line)测量的过程测量和自动化技术中。因为这种电磁测量传感器的基本结构和操作已在，例如，EP-A 1 039 269，US-A 60 31 740，US-A 55 40 103，US-A 53 51554，或US-A 45 63 904中有了充分描述，并且这种超声测量传感器的基本结构和操作已在，例如，US-B 63 97 683，US-B 63 30 831，US-B62 93 156，US-B 61 89 389，US-A 55 31 124，US-A 54 63 905，US-A 5131 279，或US-A 47 87 252中有了充分描述，这些测量原理的具体解释在这里可以省略。
为了说明清楚，应该提到在本发明范围内，“非侵入式测量传感器”意味着这样的测量传感器，其不包含任何浸入流体并为了产生测量效果的目的而影响其流动的流动主体。相比起来，在本发明范围内，那些为测量流体而在流体流动中产生旋涡或使用挡板，障碍物，漂浮物，或孔板的测量传感器被认为是“侵入式测量传感器”。这种侵入式测量传感器也为本领域普通技术人员所熟知的并在，例如，WO-A01/20282，WO-A 97/22855，US-A 63 52 000，US-A 60 03 384，US-A 5939 643，US-A 59 22 970，US-A 54 58 005，US-A 47 16 770，US-A 44 76728，US-A 44 45 388，US-A 44 37 350，US-A 43 39 957，EP-A 690 292，EP-A 684,458，DE-A 39 04 224，DE-A 38 10 889，DE-A 17 98 360，或DE-A 100 01 165中有了充分描述。
在非侵入式联机测量传感器的使用期间，显示出在非均匀流体，特别是多相流体的情况下，尽管粘度和密度被有效地维持恒定，特别是在实验室条件下，产生的测量信号要经历可观的不可复制的变化并因此可能变得在实际中无法用于各个物理参数的测量。
在US-A 45 24 610中，指出在振动型测量传感器的操作中导致此问题的一可能原因，即由流体引入测量管的寄生不均匀性，比如气泡，可能陷入管的内壁的事实。为避免此问题，提出安装测量传感器使得直测量管处于基本垂直的位置，从而防止这种寄生的，特别是气体的不均匀性陷入。
但是，这是一个非常特殊的仅某些条件下可实现的解决方案，特别是在工业过程测量技术中。一方面，测量传感器将要插入的管道要适合该测量传感器而不是与之相反，这一点可能不能传达给用户。另一方面，所述的测量管也许还具有曲线形状，使得通过改变安装位置而也无法解决问题。还显示出，即使使用垂直安装的直测量管也不能明显地减少上述测量信号的失真。流动流体存在时，测量信号中的变化也不能以这种方式防止。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种方法和测量传感器，其即使在非均匀，特别是多相流体的情况下，也可以提供精确但至少是易复制并高度鲁棒的测量信号，而基本上与在连接的管道内流动的流体中的瞬时密度分布无关，特别是基本与任意寄生不均匀性的集中无关，并且基本上和测量管的安装位置无关。
为实现此目标，本发明提供测量至少一个物理参数，特别是管道中流动的流体的质量流量和/或密度和/或粘度的方法，该方法包括步骤-引起在流动的流体中绕着旋涡轴并对准流体流动方向的旋涡，以迫使流体中尽可能形成关于旋涡轴对称的密度分布；-令绕着旋涡轴旋转的流体流经插入管道中的非侵入式测量传感器的至少一个测量管，以在流体中产生对应于被测量的参数的反作用；并且-检测流体中的反作用以产生受被测量的参数影响的至少一个测量信号。
此外，本发明提供用于产生对应于管道中流动的流体的至少一个物理参数的测量信号的测量传感器，该测量传感器包含-用于引导流体的可预定管腔的至少一个测量管，该测量管在其入口侧和出口侧与管道相通；-用于在至少一个测量管内的流体中引起反作用的激励部件，该流体中的反作用是以非侵入方式产生的；和-用于检测流体中的反作用并产生测量信号的传感器组件，通过在测量传感器入口区或至少在它附近提供的装置在进入流体时引起旋涡，并且因此引起在测量管管腔内流动的流体中关于测量管的旋转运动，该旋转运动绕着沿流动流体方向的旋转轴。
进一步，本发明提供一种用于测量在管道中流动的流体的至少一个物理参数的测量仪表，特别是适于实现根据本发明的方法的测量仪表，其包含根据本发明的测量传感器。
在本发明的方法的优选实施例中，令引导流体的测量管振动以在被测量的流体中产生对应于被测量的参数并反作用于振动的测量管的反作用力，并且，检测测量管的振动以产生至少一个测量信号。
在本发明的测量传感器的第一实施例中，至少一个测量管经入口管段和出口管段与管道相通，并且用于引起旋涡的装置至少部分位于入口管段中。
在本发明的测量传感器的第二实施例中，用于引起旋涡的装置至少部分位于至少一个测量管中。
在本发明的测量传感器的第三实施例中，用于引起旋涡的装置至少部分位于管道中。
在本发明的测量传感器的第四实施例中，用于引起旋涡的装置包含至少一个延伸进流动流体中的湍流器，特别是固定式湍流器。
在本发明的测量传感器的第五实施例中，该湍流器包含至少一个延伸进流动流体中的挡板。
在本发明的测量传感器的第六实施例中，该湍流器具有推进器的形状。
在本发明的测量传感器的第七实施例中，该湍流器具有螺旋的形状。
在本发明的测量传感器的第八实施例中，该湍流器是螺旋面的。
在本发明的测量传感器的第九实施例中，用于引起旋涡的装置固定在入口管段的内壁和/或测量管的内壁。
在本发明的测量传感器的第十实施例中，用于引起旋涡的装置保持在入口管段的内壁和/或测量管的内壁。
在本发明的测量传感器的第十一实施例中，将用于引起旋涡的装置设计为在入口管段的内壁和/或测量管的内壁形成的膛线。
在本发明的测量传感器的第十二实施例中，用于引起旋涡的装置在流动方向上具有至少和管道的标称直径相等的有效长度。
在本发明的测量传感器的第十三实施例中，将测量传感器安装在基本水平的管道中。
在本发明的测量传感器的第十四实施例中，将测量传感器安装在基本垂直的管道中。
在本发明的测量传感器的第十五实施例中，为产生加在流体上的反作用力，利用激励组件振动至少一个测量管，并且通过传感器组件的方式检测该测量管的振动。
在本发明的测量仪表的第一实施例中，被测量的物理参数是质量流量。
在本发明的测量仪表的第二实施例中，被测量的物理参数是密度。
在本发明的测量仪表的第三实施例中，被测量的物理参数是粘度。
本发明的基本思想是借助于绕着旋涡轴的旋转运动在流体中引起离心力，使得至少在测量管管腔内，迫使形成尽可能关于旋转的“流体柱”的旋涡轴旋转对称并且因此很大程度上可复制的密度分布。与上述的不可复制的变化相比，在测量结果特别是密度测量值中任一可能的微小误差可被认为小得可以忽略不计，该误差是首先基于具有寄生气态不均匀性的流体其次来自由离心力引起的这种气体夹杂物在测量管管腔中心的集中而得到的。
本发明特别是以以下认识为基础的测量信号的上述变化不仅由，例如，陷在测量管内壁的气泡所引起，还特别因为气泡的发生基本上是无序的，并且因此以不可复制或不可预测的方式发生。换句话说，如果具有直的或略微弯曲的测量管的现有测量传感器用于不均匀的，特别是多相的流体，测量信号的变化大部分归因于流体中不均匀性，比如存在的气泡的基本上无序的分布，并且因此，归因于恒定的变化，并且特别是在测量管管腔中的流体内的检测不到的密度分布。
本发明的一个优点，特别是根据本发明的方法的优点在于可以用在实际上公知的联机测量传感器中，特别是用于所有流动测量原理，并且因此，可用在振动型测量传感器和，例如，在电磁感应或超声测量传感器中。
通过下面结合附图的实施例的说明可以更为清楚的了解本发明和另外的优点。在附图的多个图中，相似的部分由相似的参考字符指示；如果是为了清楚的缘故，在下面的图中将省略已经分配的参考字符。在附图中图1是用于测量在管道中流动的流体的至少一个物理参数的测量仪表的透视图；图2是适用于图1的测量仪表的振动型测量传感器的实施例的透视图；图3是图2的测量传感器的第二透视图；图4示出了适用于图2和3的测量传感器的电机激励组件的实施例；并且图5a到5d示出了根据本发明的用于在被测量的流体中引起旋涡的装置的实施例。
具体实施例方式
虽然本发明有多种修改和替代形式，在附图中通过实例的方式示出了它们的示例性实施例并且在这里进行了详细描述。但是，应该理解，并不意在将本发明限定到公开的特定形式，而是相反，本发明意在覆盖所有在本发明如权利要求定义的精神和范围中的修改，等效和替代。
图1示意性的示出了具有测量传感器10和测量仪表电子装置(没有示出)的测量仪表，测量传感器10优选的装在换能器箱体100中，测量仪表电子装置装在电子装置箱体200中并且和测量传感器10电气连接。该测量仪表特别用于检测在管道(没有示出)中流动的流体的物理参数，特别是质量流量m和/或密度ρ和/或粘度η，并且将其映射到表示这个参数的测量值。该测量仪表还可用于测量流体的例如体积流量。
为此，在操作中，利用测量仪表电子装置驱动的测量传感器10以非侵入方式在流经的流体中产生反作用，其依赖于被测量的参数并且以可测量的方式反作用在测量传感器10上，“可测量”是指可以使用传感器技术检测并且能够被电子求值。这种反作用可以是，例如，依赖于体积流量的电磁感生的电压，依赖于质量流量的科里奥利力，依赖于密度的质量惯性力，和/或依赖于粘度的摩擦力或阻尼力，等。已经在开始提到的“以非侵入方式在流体中产生反作用”在这里意味着产生对应于被测量的参数的检测的反作用，而不将流动主体另外浸入流体或改变流体流动。
对于设计测量仪表和现场总线耦合的情况，优选的可以编程的测量仪表电子装置包括用于数据通信等的合适的通信接口，用于测量数据到更高级的存储程序控制或到更高级的处理控制系统的传输。
图2和3示出了作为测量传感器10的振动型物理-电气换能器组件的实施例。例如，在US-A 60 06 609中详细描述了这种换能器组件的结构。这种测量传感器已经用在商用的科里奥利质量流量计中，例如，由申请者提供的“PROMASS I”系列。
为引导被测量的流体，测量传感器10包括至少一个测量管13，该测量管13具有入口端11和出口端12并且具有可预定的可弹性变形的测量管管腔13A和可预定的标称直径。测量管管腔13A的弹性变形这里是指为了在流体中产生反作用力，也就是流体的反作用力描述，即剪切力或摩擦力，但是也可以是科里奥利力和/或质量惯性力，在测量传感器10的工作期间，在测量管13的弹性范围中，以可预定的循环形式，特别是周期地，改变测量管管腔13A的空间形状和/或空间位置；参看，例如，US-A 48 01 897，US-A 56 48 616，US-A 57 96011，和/或US-A 60 06 609。
在这点应该注意，除了根据图2和3的实施例的测量传感器，事实上本领域技术人员熟知的任意用于科里奥利质量流量计/密度计的测量传感器，特别是具有弯的或直的测量管的全部或至少部分以弯曲振动模式的弯曲振动型测量传感器可以用于实现本发明。适于用于测量传感器10的换能器组件的进一步的实施例在，例如，US-A 53 01 557，US-A 53 57 811，US-A 55 57 973，US-A 56 02 345，US-A 56 48 616或US-A 57 96 011中进行了描述，在这里将它们完全包括并作为参考。例如，还可以使用现有的电磁感应测量传感器或超声测量传感器。
适于测量管13(这里是基本上直的管)的材料例如是钛合金的。除了钛合金，也可以采用一般用于这种测量管，特别是用于弯的管的其它材料，比如不锈钢，钽，或锆。
测量管13和导流管以一般方式经入口管段13+和出口管段13#相通，将测量管13夹在刚性支撑框架14上，特别是在弯曲和扭转的硬框架上，从而能够振动运动，该支撑框架优选的被装入换能器箱体100中。优选的以单一的管状半成品集成地形成测量管13和入口及出口管段13+，13#；如果需要的话，它们当然也可以是多部分的结构。
将支撑框架14利用入口板213固定到入口管段13+，并且利用出口板223固定到出口管段13#，该两个板分别由测量管13的相应接合部穿透。支撑框架14具有第一侧板24和第二侧板34，这两个侧板24、34被固定到入口板213和出口板223，它们基本平行于测量管13并且和测量管13以及相互之间隔开放置；参看图2和3。因此，两个侧板24，34的相对侧表面也彼此平行。
有益的，纵向条25用作平衡质量，用于吸收测量管13的振动，将该纵向条25以和测量管13隔开的关系的方式固定到侧板24，34。如图3所示，纵向条25基本平行于测量管13的整个可振荡长度延伸。如果需要的话，纵向条25当然也可以更短。
因此，支撑框架14具有两个侧板24，34，入口板213，出口板223，并且可选择的纵向条25具有纵向重力线，其基本平行于测量管中心轴13B，并且和入口端11及出口端12接合。
在图2和3中，通过示出的螺钉头指示可以通过螺钉实现上述侧板24，34到入口板213，到出口板223，以及到纵向条25的固定；还可以使用其它本领域普通技术人员熟知的合适的固定形式。
如果测量传感器10非永久性的连接到管道，优选的分别在入口管段13+和出口管段13#形成第一法兰19和第二法兰20，参看图1；除了法兰19，20，例如，也可以使用所谓的三角夹(Triclamp)连接来提供和管道的非永久性连接，如图2或3所示。但是，如果需要的话，测量管13还可以和管道直接连接，例如，通过焊接或铜焊。
为了在流体中产生上述的反作用力，在操作测量传感器10期间，测量管13由和测量管耦合的电机激励组件16驱动，使得测量管以所谓的有效模式振动，具有可预定的振动频率特别是依赖于流体的密度ρ的自然谐振频率，由此该测量管以可预定的方式弹性变形。
在所示的实施例中，通常具有这种弯曲振动型换能器组件的振动测量管13被从静态停留位置空间地特别是侧向地偏转；对一个或多个弯曲的测量管执行关于连接各个入口及出口端的相应的纵向轴的悬臂振动所利用的换能器组件进行相同操作，或者对一个或多个直的测量管仅执行关于它们的纵向轴的平面弯曲振动所利用的换能器组件进行相同操作。对于其它测量传感器10是径向振动型换能器组件并且振动的测量管以通常方式对称变形的情况，例如WO-A 95/16897中所述的测量传感器10，该测量管基本被留在它的静态停留位置。
通过转换从测量仪表电子装置提供的电激励能量，激励组件16用于产生加在测量管13上的激励力。该激励能量实际上仅用于补偿在振动系统中因为机械和流体摩擦损失的能量部分。为了实现尽可能高的效率，优选的调整激励能量使得基本上测量管13以有效模式振动，例如，维持在最低的谐振频率。
为了将激励力传送到测量管13，如图4所示，在实施例中激励组件16具有刚性的电磁和/或电动驱动的杠杆组件15，该杠杆组件15具有悬臂154和轭163，悬臂154被刚性固定到测量管13。轭163被刚性固定到悬臂154远离测量管13的一端，使得它位于测量管13上并延伸穿过测量管13。悬臂154可以是例如金属板，其在孔中容纳测量管13。为了进一步合适地实现杠杆组件15，可以参考上述US-A 60 06609。从图2中可以很清楚的看到，杠杆组件15，在这里是T形的，优选的被布置在入口端11和出口端12之间大约中间的位置作用于测量管13，使得在操作中，测量管13将在它的中点经历最大侧向偏转。
为驱动杠杆组件15，如图4所示，激励组件16包括第一激励线圈26和永磁材料的相关联的第一电枢27，以及第二激励线圈36和永磁材料的相关联的第二电枢37。两个激励线圈26或36优选的电气串连，并且在测量管13低于轭163的两侧固定到支撑框架14，特别是非永久性的，从而在操作中分别和它们的相关联的电枢27和37相互作用。如果需要的话，当然可以并联两个激励线圈26，36。
如图2和4所示，在测量传感器10的操作期间，将两个电枢27，37以这样的彼此之间的距离固定到轭163，使得电枢27基本由激励线圈26的磁场穿透，而且电枢37基本由激励线圈36的磁场穿透，从而通过相应的电动和/或电磁力的作用移动两个电枢。
由轭163和悬臂154将电枢27，37由激励线圈26，36的磁场产生的运动发送到测量管13。这些电枢27，37的运动使得轭163离开它的停留位置，或者以侧板24的方向或以侧板34的方向。例如，杠杆组件15的相应转动轴平行于上述测量管中心轴13B，并且可以通过悬臂154。
特别地，为了保持激励线圈26，36，和将在下面描述的磁闸组件217的单独成分，支撑框架14进一步包括用于电机激励组件16的保持器29。优选的，将保持器29和侧板24，34非永久性连接。
在本实施例的测量传感器10中，被固定地夹在入口端11和出口端12的振动测量管13的侧向偏转同时使得它的管腔13A弹性变形；这个弹性变形基本在测量管13的整个长度上延伸。
另外，因为经杠杆组件15加在测量管13上的扭矩，测量管13至少部分绕着测量管中心轴13B引起扭转并同时引起侧向偏转，使得测量管以用作有效模式的混合的弯曲及扭转模式振动。该测量管13的扭转可以使得悬臂154远离测量管13的端的侧向偏转方向要么和测量管13的侧向偏转方向相同，要么相反。换句话说，测量管13可以以对应于前一情况的第一弯曲及扭转模式或以对应于后一情况的第二弯曲及扭转模式执行扭转振动，其中在根据本实施例的测量传感器10中，第二弯曲及扭转模式的自然谐振频率为900Hz，是第一弯曲及扭转模式的大约两倍。
对于其中测量管13仅以第二弯曲及扭转模式执行振动的情况，激励组件16有益的合并了基于涡流原理的磁闸组件217，用于稳定转动轴的位置。利用磁闸组件217，可以保证测量管13总是以第二弯曲及扭转模式振动，使得在测量管13上的任意外部干扰影响都不会导致自发改变到另一弯曲及扭转模式，特别是第一弯曲及扭转模式。这种磁闸组件的细节在例如US-A 60 06 609中进行了描述；另外，可从上述“PROMASS I”系列的测量传感器得知这种磁闸组件的使用。
在这点，应该提到在以根据第二弯曲及扭转模式的这个模式偏转的测量管13中，所考虑的测量管中心轴13B略微变形，使得在振动期间，这个轴展开略微弯曲的表面而不是平面。另外，在这个表面中并由测量管的中心轴的中点描述的路径曲线具有由中心管轴描述的所有路径曲线中最小的曲率。
为了检测测量管13的变形，测量传感器10包括具有至少一个第一传感器17的传感器组件，其响应于测量管13的振动提供第一，特别是模拟的传感器信号。对于这种传感器，通常可以通过，例如，永磁材料的电枢形成传感器17，将该电枢固定到测量管13并且和由支撑框架14保持的传感器线圈互相作用。
特别适于传感器17的传感器类型是那些基于电动原理检测测量管的偏转的速率的。还可以使用加速测量电动传感器或位移测量阻性传感器或光学传感器，或者其它本领域普通技术人员熟知的，适于检测这种振动的传感器。
在本发明的实施例中，传感器组件进一步包括第二传感器18，特别是和第一传感器17相同的传感器，该第二传感器18提供表示测量管的振动的第二传感器信号。在这个实施例中，两个传感器17，18沿着测量管13彼此相隔给定距离，特别是离测量管13的中点相同距离，使得传感器组件可以检测测量管13的入口侧和出口侧的振动，并且提供相应的传感器信号。
如果存在的话，该第一传感器信号和第二传感器信号中的每一个通常具有对应于测量管13的瞬时振动频率的频率，并且馈入测量仪表电子装置(没有示出)。
为振动测量管13，向激励组件16供应借助于测量仪表电子装置提供的同样振荡的单极或双极的具有可调整的幅度和频率的激励电流，从而在操作中，这个电流通过激励线圈26，36以产生移动电枢27，37需要的磁场。因此，振动测量管13需要的激励力可以以本领域普通技术人员熟知的方式监控和调整，例如，关于其振幅，依据借助于电流和/或电压调节电路的至少一个传感器信号，或者例如关于其频率，依据借助于锁相环的至少一个传感器信号。优选的，由测量仪表电子装置供应的激励电流是正弦电流，但是也可以是，例如，脉冲、三角、或方波交替电流。
对于在这里所述种类的振动测量仪表来说，通常激励电流的频率和测量管13的预定振动频率相等，并且因此，优选的设置在运送流体的测量管13的瞬时自然谐振频率。
应该提到，如果测量传感器是非侵入式电磁流体传感器，除了上述的激励组件，可以以本领域普通技术人员熟知的方式使用以线圈组件形式的激励组件，其当通过激励电流时，在测量管中流动的流体中产生磁场。于是，该传感器组件将是电极组件，其利用上述磁场获得在流体中引起的测量电压。
如果测量传感器是非侵入式超声流体传感器，激励组件将是本领域技术人员所熟悉的超声换能器的形式，其当通过激励电流时，将超声波耦合进在测量管中流动的流体。之后，超声换能器还可以用于传感器组件，从流体中提取超声波并且将它们转换为相应的测量电压。
因为如图1到4所示的测量传感器10是多元测量传感器，用于利用两个传感器信号交替地或同时检测流体质量流量，m，和/或利用激励频率检测密度，ρ，和/或利用激励电流检测粘度，η，为了进一步解释本发明和为了一致性和清楚的缘故，在下文中将传感器信号，激励电流，或上述的测量电压归类为术语“测量信号”。
如上所述，示出了对应于要被测量的参数的测量信号，也就是，第一传感器信号或激励电流，例如，可以由在测量管13中流动的流体中的瞬时密度分布影响到可观的程度，特别是可能的寄生不均匀性的集中和分布。
为了改进测量信号，特别是增加它的对这种不均匀性的鲁棒性，根据本发明，在测量传感器10的入口区域或至少在其附近提供了一种装置，其在进入的流体中引起旋涡，并且因此引起在测量管管腔中的流体绕着以流体流动方向的虚拟旋转轴旋转运动。对于测量管是直的情况，转动的虚拟轴实际上和测量管中心轴13B重合。
在本发明的一个优选实施例中，用于引起旋涡的流动调节装置包括延伸进流动流体的至少一个湍流器30。该湍流器30优选的位于管腔中，可以是例如分开的推进器形状，螺旋的，或螺旋面的部件，如图5a到5d所示，其至少部分位于入口管段13+中或至少部分直接位于测量管13中。特别是对于引起旋涡的装置被构造为螺旋或螺旋面部件的形式，如图5a和5b所示，可以在机械压力下将它们插入入口管段13+和/或测量管13，并且因此可以借助弹力将它们保持压在各个内壁上。
在这点，应该注意，用于引起旋涡的装置，特别是分开的部件形式的湍流器30，也可以至少部分放置在提供流体到测量传感器10的管道中。例如，湍流器30可以放置在短管段，将其分开地插入测量传感器10上游的管道。另外，用于引起旋涡的装置也可以由，例如，管道的多个弯角段形成。
在本发明的另外的优选实施例中，湍流器30包括至少一个导向片30a，其倾斜延伸进流动的流体，特别是以涡轮旋涡叶片的方式形成。优选的，该湍流器包括两个或多个这种导向片30a，30b，30c，30d，如图5d所示，放置其使得湍流器30采用导向轮，例如，涡轮定子的形式。优选的，将该至少一个导向片30a固定到入口管段13+的内壁；但是，如果需要的话，也可以例如固定到流体供应管道的内壁。
在本发明的另一实施例中，以膛线桶的方式设计用于引起旋涡的装置，就像在入口管段13+和/或测量管13的内壁形成的膛线。
上面示出了用于引起旋涡的装置有益的应该在流动方向具有有效长度，至少等于管道的标称直径。如果湍流器30的装配造成的入口管段13+和/或管道的有效横截面减小或者被保持得非常微小，或者通过扩大各个标称横截面而得到补偿，那么可以实现特别良好的测量结果。
本发明的特定的优点在于使用用于引起旋涡的装置的测量传感器可以操作在实际上任意的安装位置，特别是在基本水平的管道中，并且测量精度基本上不会改变。
另一优点在于，如果本发明用在振动型测量传感器中，振动测量管13需要的激励电流的量，并且因此需要的能量的量，基本上小于现有变送器测量传感器中的，特别是如果测量的流体包括高比例的气态不均匀性。
虽然在附图和前述说明中详细示出并描述了本发明，这个图示和说明被认为是示例性的，并且不限定特征，应该理解在这里仅示出并描述了示例性的实施例，并且需要保护在如这里所述的本发明的精神和范围中的所有修改和变更。
权利要求
1.用于测量至少一个物理参数的方法，该物理参数特别是管道中流动的流体的质量流量m和/或密度ρ和/或粘度η，该方法包括步骤-在流动的流体中引起绕着对准流体流动方向的旋涡轴(13B)的旋涡，以迫使流体中尽可能形成关于旋涡轴对称的密度分布；-使得绕着旋涡轴旋转的流体流过插入管道中的非侵入式测量传感器(10)的至少一个测量管(13)，并在流体中产生对应于被测量的参数的反作用；以及-检测在流体中的反作用，并产生受被测量的参数影响的至少一个测量信号。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤-振动流体引导测量管(13)，以在被测量的流体中产生对应于被测量的参数并反作用于振动测量管(13)的反作用力；并且-检测测量管(13)的振动，以产生至少一个测量信号。
3.用于产生对应于管道中流动的流体的至少一个物理参数的测量信号的测量传感器(10)，该测量传感器(10)包括-可预定测量管管腔的至少一个测量管(13)，用于引导流体，其中测量管(13)在它的入口侧和出口侧和管道相通；-激励组件(16)，用于在至少一个测量管(13)内的流体中引起传感器可检测的反作用，--其中，流体中的反作用是以非侵入方式产生的；以及-传感器组件，用于检测流体中的反作用并产生测量信号；-其中在该测量传感器(10)的入口区或至少在其附近提供装置，其在进入的流体中引起旋涡，并且因此在测量管管腔内流动的流体中引起相对于测量管(13)的旋转运动，该旋转运动绕着流体流动方向所在的虚拟旋转轴(13B)。
4.如权利要求3所述的测量传感器，-该至少一个测量管(13)在入口侧经入口管段(13+)及在出口侧经出口管段(13#)和管道相通；并且-用于引起旋涡的装置至少部分位于入口管段(13+)内部。
5.如权利要求3或4所述的测量传感器，其中，用于引起旋涡的装置包括延伸进流动流体的至少一个湍流器，特别是固定式湍流器(30)。
6.如权利要求3-5之一所述的测量传感器，其中，该湍流器(30)包括延伸进流动流体的至少一个导向片(30a)。
7.如权利要求3-6之一所述的测量传感器，其中，该湍流器(30)具有推进器的形状。
8.如权利要求3-7之一所述的测量传感器，其中，该湍流器(30)是螺旋的，特别是螺旋面的。
9.如权利要求3-8之一所述的测量传感器，-为了产生影响流体的反作用力，在操作期间借助于激励组件(16)振动至少一个测量管(13)；并且-借助于传感器组件检测该测量管(13)的振动。
10.用于测量在管道中流动的流体的至少一个物理参数的测量仪表，其特别适于实现如权利要求1或2所述的方法，具有根据权利要求3-9之一所述的测量传感器(10)。
全文摘要
本发明涉及一种测量传感器(10)，其产生对应于在管道中流动的流体的至少一个物理参数的测量信号。为此，测量传感器(10)包括可预定管腔的至少一个测量管(13)，用于传导流体，其中所述测量管(13)在入口侧和出口侧和管道相通。在操作中，激励组件(16)在至少一个测量管(13)内的流体中引起反作用。这些反作用可以是反作用力，并且由传感器组件(60)以非侵入的方式检测并被转换为代表流体中的反作用的测量信号。为了在流体中获得尽可能旋转轴对称的密度分布，在测量传感器(10)的入口区域或至少在它的附近提供装置，在进入测量管管腔的流体中引起旋涡，并且因此，引起围绕在相对测量管(13)的流动方向上的虚拟旋转轴的旋转运动。作为这样得到的旋转轴对称密度分布的结果，即使在不均匀，特别是多相流体的情况中，测量传感器(10)也可以提供精确和鲁棒的测量信号，并且特别是基本上与测量管(13)的安装位置无关。
文档编号G01F1/66GK1643346SQ03805965
公开日2005年7月20日 申请日期2003年3月12日 优先权日2002年3月14日
发明者沃尔夫冈·迪拉霍姆, 阿尔弗雷德·里德尔 申请人:恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司