振动型测量变换器以及形成有该测量变换器的测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种振动型测量变换器，其尤其适合于科里奥利(Cor1lis)质量流量测量仪，以及涉及一种形成有该振动型测量变换器的测量系统，尤其是科里奥利质量流量测量仪。
【背景技术】
[0002]在工业测量技术中，尤其也与对自动化的工艺技术的过程的调节和监控相结合，为了测定在过程线路中，例如管状线路中流动的介质，如液体和/或气体的质量流率和/或质量流量，经常使用如下测量系统，其借助振动型测量传感器和与之联接的大多安装在单独的电子器件壳体中的测量和运行电子器件在流动的介质中感应出科里奥利力，并且由它们产生了代表质量流量或质量流率的测量值。
[0003]这种测量系统是早已公知的并且在工业使用中被证实为是有利的，这种测量系统大多构造为直接使用在过程线路的走向中的在线测量仪，也就是具有与管状线路的标称宽度相同大小的额定标称宽度。针对振动型测量变换器或形成有该振动型测量变换器的测量系统的示例在 US-A 2003/0084559、US-A 2003/0131669、US-A 2005/0139015、US-A 4655 089,US-A 48 01 897,US-A 48 31 885,US-A 50 24 104,US-A 51 29 263,US-A 52 87754、US-A 53 81 697、US-A 55 31 126、US-A 57 05 754、US-A 57 36 653、US-A 58 04742、US-A 60 06 609、US-A 60 47 457、US-A 60 82 202、US-B 62 23 605、US-A 63 11136、US-B 63 60 614、US-B 65 16 674、US-B 68 40 109、US-B 68 51 323、US-B 70 77014或WO-A 00/02020中进行了描述。在其中示出了，测量变换器分别包括至少一个关于对称中心点对称的测量管，该测量管具有带预定壁厚的例如由钛合金、锆合金和/或钽合金或由不锈钢构成的管壁以及在测量管的输入侧的管端部与输出侧的管端部之间延伸的由该管壁包围的内腔。例如S形或Z形或笔直构造的测量管以能振荡的方式保持在例如也构造为包覆测量管的因此提供保护的测量变换器壳体中和/或在构造为至少包覆测量管的承载管的例如由不锈钢构成的外承载元件中，即仅以其输入侧的管端部与承载元件的相应的输入侧的承载端部固定连接，并且以其输出侧的管端部与承载元件的相应的输出侧的承载端部固定连接，但在其他部分侧向与其间隔开。此外，外承载元件设置成用于分别与管状线路的相应的线路区段直接地，即经由分别设置在该外承载元件的两个承载端部中的每一个上的联接法兰机械连接，并且因此将整个测量变换器保持在管状线路中或承受由管状线路输入的力。为了形成将两个联接的线路部段在流技术上连接的，即允许从一个线路部段穿过测量管到另一线路部段的贯穿的流动路径，测量管又分别以其两个管端部中的每一个通入对应的联接法兰中。
[0004]此外，至少一个测量管设置成用于在测量系统运行时，在其内腔中引导流动的介质，例如气体和/或液体，在形成提及的流动路径的情况下将该内腔与联接的管状线路的内腔联通，并且在此期间为了产生可利用的科里奥利力作为用于测量质量流率进而质量流量的测量效果，使其围绕其静态的静止位置振荡。测量变换器固有的自然振荡模式(所谓的驱动模式或有效模式)的振荡通常充当有效振荡，即测量管的适合于产生科里奥利力的振荡，利用该振荡模式的瞬时的谐振频率，例如也可利用实际上保持恒定的振荡振幅激励出这些振荡。由于穿流过在有效模式中振荡的测量管的介质，这些有效振荡又生成科里奥利力，这些科里奥利力还导致科里奥利振荡，即与在有效模式中测量管的振荡运动同步的附加的振荡运动，也就是在所谓的科里奥利模式中测量管的与其叠加的振荡运动。由于这样的有效模式与科里奥利模式的叠加，振动的测量管的借助传感器装置在输入侧和输出侧检测到的振荡具有也依赖于质量流率的可测量的相位差。
[0005]如已示意出的那样，通常选择充当有效模式的振荡形式的瞬时的自然谐振频率作为激励频率或有效频率，即作为用于激励出的有效振荡的频率。在此，有效模式也以如下方式来选择，即，使该谐振频率尤其也依赖于介质的瞬时的密度。因此，有效频率能在与在测量管的内腔中流动的介质的密度的波动范围对应的有效频率区间内变化，由此借助市场上常见的科里奥利质量流量测量器除了质量流量之外还可以附加地测量流动的介质的密度。此外，如在开头提及的US-A 60 06 609或US-A 55 31 126中所示，也可以实现借助提到类型的测量变换器直接测量穿流的介质的粘度，例如以对于也通过介质阻尼的值得一提的有效振荡的激励或维持所必需的激励功率为基础。
[0006]如尤其也在US-A 2005/0139015、US-A 2003/0131669、US-B 70 77 014、US-B 6840 109,US-B 65 16 674,US-A 60 82 202,US-A 60 06 609,US-A 55 31 126,US-A 53 81697,US-A 52 87 754或WO-A 00/02020中所示，提到类型的测量变换器完全可以仅借助一个唯一的测量管以如下方式形成，即，例如也与在US-A 46 55 089中所示的测量变换器不同，相应的测量变换器除了该测量管之外不具有(另外的)管，其设置成用于在内腔中引导流动的介质并且在此期间围绕静态的静止位置振荡。如在开头提及的US-B 70 77 014中所示，在具有唯一的点对称的测量管的测量变换器中，尤其也可以主动激励出这样的振荡模式作为有效模式，也就是可以选择如下这样的振荡作为有效振荡，其中，测量管分别具有四个振荡波节，也就是正好三个振荡波腹，其中，至少在理想地均匀成形的测量管中，具有均一的壁厚和均一的横截面，也就是具有均匀的理想地均一的坚固性分布和质量分布，即，四个振荡波节在测量变换器的至少一个虚拟的投影平面中位于将输入侧的管端部和输出侧的管端部彼此假想连接的虚拟的振荡轴线上，或测量变换器固有这样的假象的投影平面。在具有笔直的测量管的测量变换器中，该投影平面实际上相应于假想沿纵向将测量管切成两个半体的截面，也就是该测量管的代表有效振荡的虚拟的弯曲线与该投影平面共面。
[0007]例如也为了避免或最小化不期望的尤其也依赖于要测量的介质的密度的横向力或随之发生的对测量效果的干扰，这种仅具有唯一的测量管的，也就是仅具有唯一的穿流的管的测量变换器通常除了前面提及的外承载元件之外还配备有另一内承载元件，该测量变换器大多具有0.5mm至10mm之间的范围内的额定标称宽度，该内承载元件以能振荡的方式，即仅以输入侧承载端部和与其间隔开的输出侧承载端部固定在测量管上，也就是以其第一承载端部与外承载元件的第一承载端部机械联接，或者说以其第二承载端部与外承载元件的第二承载端部机械联接。在此，内承载元件还以如下方式构造和布置，即，使其与测量管以及也与外承载元件侧向间隔开，并且不仅内承载元件的输入侧承载端部而且还有内承载元件的输出侧承载端部分别与外承载元件的两个承载端部间隔开。在内承载元件在测量管上的这种布置的情况下，测量管的管部段分别不仅在两个承载元件的输入侧承载端部之间而且在两个承载元件的输出侧承载端部之间延伸，该管部段是允许内承载元件的各个从属的承载端部相对于外承载元件的承载端部运动的，也就是分别作为弹簧元件在两个承载元件之间作用的自由的，例如也是笔直的管部段。其结果是，测量变换器也固有大多具有与有效频率不同的谐振频率的振荡模式，在该振荡模式中，使全部内承载元件相对于外承载元件以如下方式运动，即，也使内承载元件的两个承载端部相对于外承载元件的两个承载端部运动。换而言之，仅具有唯一的测量管的传统的测量变换器大多具有借助测量管和保持在其上的内承载元件形成的内部件，其例如也仅借助两个自由的管部端保持在外承载元件中，更确切地说，以能够实现该内部件相对于外承载元件振荡的方式。大多由钢，例如不锈钢或易削钢构成的内承载元件通常构造为至少以区段形式包覆测量管的，例如也与其同轴的空心柱体，或如尤其在开头提及的US-B 70 77 014、US-A 52 87 754中所示的那样，例如也构造为板、框架或盒，并且此外还具有大多比唯一的测量管的质量更大的质量。如尤其在开头提及的US-A 55 31 126中所示的那样，内承载元件也可以借助平行于测量管延伸的，必要时关于材料和几何形状基本上也与其结构相同的盲管形成。
[0008]此外，为了主动激励出有效振荡，振动型测量变换器具有至少一个在运行中由提及的驱动电子器件生成且相应地调制的、即具有相应于有效频率的信号频率的电驱动信号，例如利用能以调节的电流驱控的、大多作用在测量管的中心的机电振荡激励器。通常按照振荡线圈的类型构建的，也就是电动力的振荡激励器大多具有在外部固定在测量管上的，即测量管的在运行中不与要测量的介质接触的侧上的，例如安装在其管壁上的且借助棒形永磁体形成的第一激励器组件以及与其相对置地放置的与该第一激励器组件相互作用的第二激励器组件，并且该振荡激励器用于将借助驱动信号供给的电功率转换成相应的机械功率，并且由此生成引起测量管的有效振荡的激励力。在上述仅具有唯一的管的测量变换器中，大多借助螺线管形成的、也就是与电联接线路连接的该第二激励器组件通常安装在提及的内承载元件上，从而使振荡激励器差动地(differentiell)作用到承载元件和测量管上，因此内承载元件在运行中可以实施如下振荡，这些振荡相对于测量管正好相反地，也就是频率相同但相位相反地构造。如尤其在开头提及的US-A 55 31 126中提出的那样，在传统的振动型测量变换器中，振荡激励器也可以按照如下方式构造，即，使其差动地作用到内和外承载元件上，也就是间接地激励出测量管的有效振荡。
[0009]为了检测测量管的输入侧振荡和输出侧振荡，尤其是具有有效频率的振荡，提到类型的测量变换器还具有两个大多结构相同，通常也按照与振荡激励器相同的作用原理工作的振荡传感器，其中，输入侧振荡传感器放置在振荡激励器与测量管的输入侧管端部之间，而输出侧振荡传感器放置在振荡激励器与测量管的输出侧管端部之间。其中每个例如电动力的振荡传感器用于将测量管的振荡运动转换成代表测量管的振荡运动的振荡信号，其例如是具有依赖于有效频率或振荡运动的振幅的测量电压。为此，其中每个振荡传感器具有在外部固定在测量管上的，例如与其管壁材料锁合地(stoffschlUssig)连接和/或借助永磁体形成的第一传感器组件以及与其相对置的与该第一传感器组件相互作用的第二传感器组件。在上述仅具有唯一的管的测量变换器中，大多借助螺线管形成的，也就是与电联接线路连接的该第二传感器组件通常以如下方式安装在提及的内承载元件上，即，使其中每个振荡传感器分别差动地检测测量管相对于第二承载元件的运动。
[0010]在提到类型的测量变换器中，如尤其也在US-A 60 47 457或US-A 2003/0084559中提及的那样，还常见的是，固定在测量管上的激励器组件或传感器组件分别保持在额外为此安装到相应的测量管上的环状或环盘状的金属紧固元件上，其基本上沿着虚拟的圆形的圆周线分别牢固地围紧测量管。相应的紧固元件例如可以材料锁合地、例如通过钎焊和/或力锁合地(kraftschlUssig)、例如通过从外部的压紧、通过测量管内部的液压挤压或乳制或者通过热缩套装固定在测量管上，例如也可以按如下方式，即，使该紧固元件持续承受弹性变形或混合式塑性弹性变形，并且因此关于测量管永久地在径向上预紧。
[0011]除了用于使这样