专利名称：涡旋流量测量仪、压力传感器和制造压力传感器的方法
技术领域：
本发明涉及一种润旋流量测量仪(Vortex-Durchflussmessgerjit),其带有可由介质流过的测量管、设置在测量管中的滞流体(StaukSrper)和设置在滞流体的有效区域(Wirkbereich)中的压力传感器(Druckaufnehmer),其中，压力传感器具有可偏转的测量薄膜(Messmembran)，并且测量薄膜的偏转在测量技术上被用以检测邻近测量薄膜的介质中的压力，其中，为了检查测量薄膜的偏转在测量薄膜上和/或在其中布置有至少一个光学纤维，其中，光学纤维在其走向上和/或在测量薄膜中至少部分地与测量薄膜有效地连接，使得测量薄膜的由于介质压力所引起的偏转在有效地连接的区域中导致光学纤维的伸展(Streckung)和/或收缩(Stauchung)。此外,本发明还涉及一种用于这样的润旋流量测量仪的压力传感器和一种用于压力传感器的制造方法。
背景技术：
涡旋流量测量仪长时间以来是已知的，其中，测量原理以该事实为基础，即在滞流体(其被介质绕流)后面的液态的或气态的介质中可构造有润街(Wirbelstrafie),其通过随流动前进的、从滞流体剥离(abloesen)的涡流来形成。涡流从滞流体剥离的频率取决于流动速度，其中，该关系在一定的前提条件下接近线性。总之，涡流频率的测量是用于确定介质的流动速度的合适的方式，因此间接地，在附加地考虑例如压力和温度的情况下通过涡流频率测量确定体积流量和质量流量是可能的。介质的在涡街中出现的涡流导致局部的压力波动，其可由压力传感器探测。这样的压力传感器可具有大致平地设计的测量薄膜并且必须如此布置在涡街中，使得由滞流体产生的涡流至少间接经过压力传感器的测量薄膜并且由此是可探测的。对此，当压力传感器例如在流量测量仪的壳体中的通道上方间接检测涡街的压力波动时，压力传感器可在下游设置在滞流体之后，其甚至可构造在滞流体中或者例如布置在滞流体上方。从现有技术中已知完全不同的方法，为了检测压力传感器的测量薄膜的偏转，经常利用电容或电感效应，部分地还使用压电陶瓷。也从现有技术中已知使用光学纤维用于检测测量薄膜运动，其中，在此例如已知该结构，在其中光学纤维实际上竖直地立于压力传感器的测量薄膜之前并且在端侧以光加载薄膜，光被测量薄膜反射并且随后被用于运动探测。从现有技术中同样已知这样的涡旋流量测量仪，在其中光学纤维贴靠地布置在测量薄膜处，其中，当其暴露于压力或压差时，光学纤维随着测量薄膜被偏转，结果是，光学纤维被伸展和/或收缩，即光学纤维经历长度变化。这样的长度变化已知可高精度地在光学上评价，例如通过本身已知的方法，其基于电磁波的干涉。利用该方法容易地能够可靠地探测处于所使用的电磁波的波长的范围中的长度变化(例如DE 10 2009 039 659 Al)。对于从现有技术中已知的涡旋流量测量仪或者用于涡旋流量测量仪的带有至少一个布置在可偏转的测量薄膜上的光学纤维的压力传感器不利的是，光学纤维还有测量薄膜直接暴露于介质，使得光学纤维在化学侵蚀的介质中遭受腐蚀，或者说在压力传感器布置在测量管中时并且由此在流动的介质中机械应力还威胁灵敏的光学纤维和/或测量薄膜。
发明内容
因此，本发明的目的是说明一种上面提到的类型的涡旋流量测量仪和一种用于这样的涡旋流量测量仪的压力传感器，它们也可在恶劣的环境条件中使用。之前得出的且示出的目的首先对于涡旋流量测量仪并且对于压力传感器(本发明从它们出发)由此来实现，即压力传感器具有通过介质的压力可偏转的薄膜袋(Membrantasche),并且薄膜袋包围带有光学纤维的测量薄膜,使得薄膜袋对测量薄膜屏蔽介质且测量薄膜与薄膜袋一起被偏转。当其表示“测量薄膜与薄膜袋一起被偏转”时，那么以此意味着，在以压力或者压
差加载薄膜袋时，薄膜袋的由此造成的偏转还引起本身设置用于检测偏转的测量薄膜的偏转。由薄膜袋包围的测量薄膜相应处于与薄膜袋的机械作用关系(Wirkzusa_enhang)中。因为薄膜袋包围测量薄膜，在测量薄膜与布置在该测量薄膜上的光学纤维之间与流动的介质的直接接触被阻止，使得流动的介质既不可直接与光学纤维相接触，在流动的介质中携带的微粒也不可与光学纤维相接触。根据本发明的涡旋流量测量仪或用于这样的涡旋流量测量仪的根据本发明的压力传感器相应还适合于应用在恶劣的过程条件下。在本发明的一优选的设计方案中设置成，薄膜袋以在薄膜袋与测量薄膜之间的中间介质来填充，使得薄膜袋的壁可实际与测量薄膜略微相间隔并且在薄膜袋与测量薄膜之间还总是建立始终要求的机械作用关系。这引起且支持介质中的压力波动更直接地响应到测量薄膜上，其中，制造公差同时不再如在薄膜袋与测量薄膜之间没有中间介质的实现方案中那么明显有影响。这样的中间介质已证明为特别有利，其不在侧向上(即垂直于偏转方向)服从于薄膜袋由于压力加载的偏转，使得薄膜袋的偏转尽可能被直接传递到测量薄膜处并且不由于中间介质的挤压效应(Verdrjingungseffekte)被抑制。满足该条件的许多介质可惜还使保持在薄膜袋中的测量薄膜的布置加固，使得压力传感器的灵敏度受影响。在根据本发明的涡旋流量测量仪或根据本发明的压力传感器的特别优选的设计方案中，使用这样的介质作为中间介质，其包含粉末或者完全由这样的粉末构成。令人惊讶地证实，这样的粉末是特别有利的，其颗粒具有尽可能统一的颗粒尺寸，其颗粒即在颗粒尺寸方面示出尽可能较小的差异。优选地使用这样的粉末，其具有在2 μ m至8 μ m的范围中的颗粒尺寸，其优选地具有在4 μ m至6 μ m的范围中的颗粒尺寸,其中，带有大致5 μ m的颗粒尺寸的粉末是特别有利的。尽管在薄膜袋与测量薄膜之间的中间介质使在薄膜袋与测量薄膜之间的直接接触特意多余，但是薄膜袋的壁和测量薄膜优选地直接彼此相邻布置，由此该结构总体上具有高的灵敏性。这使得明显的是，在薄膜袋与测量薄膜之间的间隙优选地仅极其小，在理想情况下在其从薄膜到薄膜的伸延中仅具有几分之一毫米。在一优选的实施例中，中间介质是由之前所提及的粉末构成的沉淀物，这当然前提是，粉末以液体中的不均匀的材料混合物的形式作为悬浮物(Suspension)存在并且然后沉积在薄膜袋中、亦即在薄膜袋与测量薄膜之间。在本发明的另一设计方案中以干燥的方式通过粉末沉积在薄膜袋中获得中间介质。
总地来说，当中间介质通过将粉末离心(Einschleudern)到薄膜袋中被压缩时，在涡旋流量测量仪或压力传感器的优选的实施例中有利地起作用，其中，这也可以以干燥的方式实现，然而优选地通过离心包含在悬浮物中的粉末实现。由此，在薄膜袋的壁与测量薄膜之间获得相当厚的且直接响应的中间介质。在本发明的另一优选的设计方案中，对于压力波动特别灵敏的然而仍然坚固的涡旋流量测量仪或这样的压力传感器由此来获得，即薄膜袋具有第一袋薄膜(Taschenmembran)和第二袋薄膜,薄膜袋即由膜状的、较厚的壁构成，其中，第一袋薄膜和第二袋薄膜经由压力传感器的壳 体相互连接成薄膜袋。两个袋薄膜即可近似被置入压力传感器的壳体中并且因此形成空腔，测量薄膜置入该空腔中。在压力传感器的装配状态中，第一袋薄膜的内侧与测量薄膜的第一侧相面对，而第二袋薄膜的内侧与测量薄膜的第二侧同样相面对，使得第一袋薄膜和第二袋薄膜以及测量薄膜实际上彼此平行地取向。在根据本发明的涡旋流量测量仪或根据本发明的压力传感器的另一实施例中，在测量薄膜的一侧上布置有第一光学纤维而在测量薄膜的另一侧上布置有第二光学纤维，其中，这两个光学纤维中的每个例如实现用于干涉仪的评价的测量路径(Messpfad)，即例如用于根据Michelson或根据Mach-Zehnder的干涉仪的评价。通过将光学纤维铺设在测量薄膜的两侧上，在薄膜偏转时可利用在薄膜的两侧上的反向的效果，在测量薄膜的一侧上的一光学纤维的伸长，在测量薄膜的另一侧上的另一光学纤维的收缩，与仅在测量薄膜的一侧上应用纤维相比，这原理上使该组件更灵敏。优选地，第一光学纤维和第二光学纤维被选取得不一样长，使得该组件的工作点可通过改变相干光的波长来调节，尤其在未偏转的测量薄膜中能够调节零点，优选地，第一和第二光学纤维在不一样长的区域上与测量薄膜的相应侧相连接。此外，开头所指出的目的通过一种用于制造带有薄膜袋的之前所说明的压力传感器的方法来实现，压力传感器在薄膜袋与测量薄膜之间具有中间介质，其中该中间介质包含粉末。根据本发明的方法特征在于，粉末被悬浮在液体中、尤其在水中，并且悬浮物被离心到薄膜袋中。压力传感器在此被如此取向，使得悬浮物在离心力的作用下填充薄膜袋。当悬浮物相对稀液状(diinnfliissig)、即超过90%质量百分比由液态的介质构成、优选地甚至超过95%质量百分比由液态的介质构成时，证实为特别有利的。那么确保，粉末的颗粒也可通过(Uberwinden)在薄膜袋中的空腔的狭窄区域、例如在光学纤维的区域中。特别良好地合适的悬浮物对于所说明的份额由水而剩余的份额由带有大约5 μ m的颗粒尺寸的氧化铝粉末或由氧化镁粉末构成。离心在该方法的一有利的设计方案中这样实现，即在薄膜袋中产生大约IBar的相对于环境压力的超压，其中，离心尤其被如此长地持续，直到薄膜袋填充有沉积的粉末。对于该方法的背景是该考虑，即压力传感器也应在环境低压中(即相对于薄膜袋中的压力)最佳地运行，这样的低压即不允许导致袋薄膜与沉积的粉末分离。在正常的使用条件下，多于IBar的低压是不可能的，从而在离心时不需要更高的压力，虽然如此也可使用更高的压力；总之应注意的是，压力传感器尤其在薄膜袋的区域中不机械过载。薄膜袋中的压力可在离心时通过旋转速度和/或液柱(Fliissigkeitssjiule)在薄膜袋上的径向延伸的选择来调节。对于薄膜袋中的压力在离心时适用
权利要求
1.一种涡旋流量测量仪(I)，其带有可由介质流过的测量管(2)、设置在所述测量管(2)中的滞流体(3)和设置在所述滞流体(3)的有效区域中的压力传感器(4)，其中，所述压力传感器(4)具有可偏转的测量薄膜(5)，并且所述测量薄膜(5)的偏转在测量技术上被用以检测邻近所述测量薄膜(5)的介质中的压力，其中，为了检查所述测量薄膜(5)的偏转在所述测量薄膜(5)上和/或在其中布置有至少一个光学纤维(7)，其中，所述光学纤维(7)在其走向上和/或在所述测量薄膜(5)中至少部分地与所述测量薄膜(5)有效地连接，使得所述测量薄膜(5)的由于介质压力所引起的偏转在有效地连接的区域(8)中导致所述光学纤维(7)的伸展和/或收缩， 其特征在于， 所述压力传感器(4)具有通过介质的压力可偏转的薄膜袋(9)并且所述薄膜袋(9)包围带有所述光学纤维(7)的所述测量薄膜(5)，使得所述薄膜袋(9)对所述测量薄膜(5)屏蔽介质并且所述测量薄膜(5)与所述薄膜袋(9) 一起被偏转。
2.根据权利要求I所述的涡旋流量测量仪(I)，其特征在于，所述薄膜袋(9)以在所述薄膜袋(9)与所述测量薄膜(5)之间的中间介质(10)来填充。
3.根据权利要求2所述的涡旋流量测量仪(I)，其特征在于，所述中间介质包含粉末，尤其带有在2μηι至8μηι的范围中的颗粒尺寸的粉末,优选地带有在4μηι至6μηι的范围中的颗粒尺寸的粉末，特别优选地带有大致5 μ m的颗粒尺寸的粉末。
4.根据权利要求3所述的涡旋流量测量仪(I)，其特征在于，所述中间介质(10)是由粉末构成的沉淀物。
5.根据权利要求3或4所述的涡旋流量测量仪(I)，其特征在于，通过将所述粉末离心到所述薄膜袋(9)中、尤其通过将包含在悬浮物中的粉末离心，获得尤其以所述沉淀物的形式的所述中间介质(10)。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的涡旋流量测量仪(I)，其特征在于，所述薄膜袋(9)具有第一袋薄膜(Ila)和第二袋薄膜(11b)，其中，所述第一袋薄膜(Ila)和所述第二袋薄膜(Ilb)经由所述压力传感器(4)的壳体(12)相互连接成薄膜袋(9)，其中，在所述压力传感器(4)的装配状态中，所述第一袋薄膜(Ila)的内侧与所述测量薄膜(5)的第一侧相面对，并且在所述压力传感器的装配状态中，所述第二袋薄膜(Ilb)的内侧与所述测量薄膜(5)的第二侧相面对。
7.根据权利要求6所述的涡旋流量测量仪(I)，其特征在于，所述袋薄膜(11a，lib)由优质钢构成，并且所述袋薄膜尤其具有40 μ m至60 μ m的壁厚、优选地具有50 μ m的壁厚。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的涡旋流量测量仪(I)，其特征在于，所述光学纤维(7a，7b)在所述测量薄膜(5)的区域中金属化，尤其利用所述测量薄膜(5)也由其构成的合金或者金属来金属化，尤其利用铜、青铜或者优质钢。
9.根据权利要求I至7中任一项所述的涡旋流量测量仪(I)，其特征在于，在所述测量薄膜(5)的一侧上布置有第一光学纤维(7a)，在所述测量薄膜(5)的另一侧上布置有第二光学纤维(7b)，尤其地其中，所述第一光学纤维(7a)和所述第二光学纤维(7b)不一样长、优选地经由不一样长的连接区域与所述测量薄膜的相应侧相连接。
10.一种用于涡旋流量测量仪(I)的压力传感器，其带有可偏转的测量薄膜(5)，其中，所述测量薄膜(5)的偏转在测量技术上被用以检测邻近所述测量薄膜(5)的介质中的压力，其中，为了检查所述测量薄膜(5)的偏转在所述测量薄膜(5)上和/或在其中布置有至少一个光学纤维(7)，其中，所述光学纤维(7)在其走向上和/或在所述测量薄膜(5)中至少部分地与所述测量薄膜(5)有效地连接，使得所述测量薄膜(5)的由于介质压力所引起的偏转在有效地连接的区域(8)中导致所述光学纤维(7)的伸展和/或收缩， 其特征在于， 权利要求I至9中的至少一项权利要求的特征部分的特征。
11.一种用于制造只要还回引权利要求3的根据权利要求10所述的带有薄膜袋(9)的压力传感器(4)的方法， 其特征在于，· 粉末被悬浮在液体中、尤其在水中，并且悬浮物被离心到所述薄膜袋(9)中。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，使用由超过90%质量百分比的液态的介质、优选地由超过95%质量百分比的液态的介质构成的悬浮物。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述离心这样实现，即在所述薄膜袋(9)中产生大约IBar的相对于环境压力的超压，其中，所述离心尤其被如此长地持续，直到所述薄膜袋(9)填充有沉积的粉末。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，带有所离心的且沉积的粉末的所述压力传感器(4)经受用于蒸发液体的热处理、尤其数小时加热到60°C至80°C。
全文摘要
本发明涉及一种涡旋流量测量仪、压力传感器和制造压力传感器的方法。涡旋流量测量仪带有测量管、滞流体和压力传感器，其中，压力传感器具有可偏转的测量薄膜，并且测量薄膜的偏转在测量技术上被用以检测邻近测量薄膜的介质中的压力，其中，为了检查测量薄膜的偏转在测量薄膜上和/或在其中布置有至少一个光学纤维，其中，光学纤维在其走向上和/或在测量薄膜中至少部分地与测量薄膜有效地连接，使得测量薄膜的由于介质压力所引起的偏转在有效地连接的区域中导致光学纤维的伸展和/或收缩。压力传感器具有通过介质的压力可偏转的薄膜袋并且薄膜袋包围带有光学纤维的测量薄膜，使得薄膜袋对测量薄膜屏蔽介质并且测量薄膜与薄膜袋一起被偏转。
文档编号G01L11/02GK102879042SQ201210238590
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月11日 优先权日2011年7月11日
发明者N.C.弗南德斯, H.克里施, M.刘, S.图尔尼龙 申请人:克洛纳测量技术有限公司