用于超声波流量测量头的测量头卡夹装置的制造方法
【技术领域】
[0001]按照本发明的用于超声波流量测量头的测量头卡夹装置的技术方案涉及超声波流量测量技术的技术领域。
【背景技术】
[0002]—对超声波测量头在外部放置在圆管上。超声波脉冲利用测量变换器交替地在两个测量头中产生并在通过管壁和管中介质后分别被另一个测量头接收。通过所测得的渡越时间差(顺着或逆着介质的流动)、管参数和流动剖面，在测量变换器中计算出流量。
[0003]这种测量的前提是:超声波脉冲能从测量头可靠地传递到管壁中。这一点通过合适的耦联部件、测量头沿着管轴线相对于彼此对齐的取向和通过将测量头压紧到管壁上来实现。测量头的取向和压紧是测量头卡夹装置的任务。
[0004]目前超声波测量头大多利用轨道式固定系统来装配，它们通过金属的带箍或链条固定在管上。
[0005]除了用于接纳一对或多对测量头的轨道式系统以外，还存在具有用于接纳单个测量头的接纳部的固定系统。测量头通过固定系统定位，并且在大多数情况下测量头通过弹簧部件弹性地压紧到管壁上。
[0006]例如已知用于超声波流量计的测量头固定装置，所述测量头固定装置保证规定的压紧力。测量头固定装置被设计用于固定的安装，并且提供测量头在管上的连续的、保持不变的压紧。
[0007]在外夹式流量测量中，两个用于产生声路径所需的声换能器这样设置在管上，使得声路径在管的直径上延伸。为此，这两个声换能器可以设置在管的相对侧上。这就是所谓的直接布置结构(DE 102011005170 B4，DE 102005047790 A1)。另选地能够实现反射布置结构，其中声换能器设置在测量管的同一侧上且声信号在相对置的管内侧上反射一次(DE102008029772 A1)。
[0008]在DE 102008034411 A1中描述了一种方法和测量系统，用于利用至少两个超声波测量头确定和/或监控通过测量管的测量介质的流量。此外还公开了用于装配这种测量系统的方法。为此，测量系统具有测量头保持装置，该测量头保持装置通过固定机构可拆卸地固定在测量管上。测量头壳体连同超声波测量头形成一个可固定在传感器保持装置上并且可从传感器保持装置拆松的单元。超声波测量头在装配时以预先给定的力顶压到测量管上。固定板作为传感器保持装置的组成部分在面对测量管的侧上具有棱柱形鼓起部，该鼓起部可以制造成固定板的弯曲部。固定板在其前端和后端上利用U形卡箍或者带箍直接固定在测量管上。
[0009]在专利文献US 5131278 A中，传感器保持装置利用带箍借助螺栓和螺母固定在测量管上。
[0010]在US 6397683 B1中，测量传感器固定在轨道上并借助于两个管夹固定在测量管上。为了调整这两个传感器之间的距离，至少一个传感器从管松开。同样也松开其固定带。二者在重新定向后再次固定。
[0011]EP 1840528 B1公开了一种用于在测量管上以可移动的方式固定超声波测量头的轨道。
[0012]在DE 102005052550 B3中公开了一种固定装置，用于在支架上固定用于保持测量变换器的保持装置。固定装置由棘轮装置和基体组成，该基体通过滚花螺母固定在棘轮装置上。用于对中的装置由一个槽组成，一个凸起部导引到该槽中，以使导向框架能可靠地在纵向上对准管。
[0013]US 5001936 A以相同的方式示出，保持装置配备有两个腿部，该保持装置不易于适配于所有可能的管径。在US 20120085164 A1中示出一个视图，由该视图可知，管径越小，测量头越紧密地贴放在管上。导向元件不能变化地取向。
[0014]在DE 102004052489 A1中公开了一种能够将传感器直接压到管道上的装置。为此在传感器与管道之间设有由弹性体或金属箔组成的耦联垫。这种结构用于实现提高的传感器压紧力。
[0015]W0 1998017980 A1示出通过间隔件对应于管曲率匹配测量装置的距离的可能方案。间隔件配有销子并且能在夹紧装置放到管上之前安装在不同的位置上。由此能够一定地适配于不同的管径，但是不能无级地适配。
[0016]尤其是气体测量对于足够大的测量头挤压提出更高的要求，这是因为此时在管壁上装配有缓冲部件，以使干扰声在管壁中最小。为了尽管具有缓冲部件也达到足够好的信号耦入，在此，测量头压到管上的足够高的压紧力是特别重要的。
[0017]大多数现有的技术方案不满足规定的压紧力的要求，该压紧力与使用者的知识和技巧无关地被达到。如果使用者例如以过小的压紧力固定测量头卡夹装置，则产生测量头在管上的不良耦联乃至不足够的耦联，并由此导致不会有好的信号耦入。或者测量头卡夹装置以过大的压紧力被固定，由此对于所使用的零部件造成太大的负荷。
【发明内容】
[0018]本发明的目的在于，使已知的用于超声波流量计的测量头固定装置对于作为便携式卡夹装置所需的功能而言可在不同的直径(例如大的管道或小的软管)上发挥功能，并且使操作简化。这包括以尽可能少的致动元件无工具地进行的装配、能选择两个不同大小的压紧力的选项、选择可以再使用的夹紧部件(其能够节省空间地进行包装，且同时具有大的断裂载荷)的选项。本发明的另一目的是，能够在不中断管道且没有泄漏隐患的情况下将流量测量头装配在运转的设备上，同时还具有被固定地安装的测量装置的运行可靠性和鲁棒性。
[0019]所述便携式测量头卡夹装置应通过仅一个致动元件保证在测量管上的对中、夹紧和规定的压紧力。在此困难是，由于测量头卡夹装置在管上对中，管顶点与测量头卡夹装置(用于接纳弹簧部件的)的基准点之间的距离根据管径而改变。因此必需存在一个避开这个关联性的功能部件。
[0020]按照本发明的用于超声波流量测量头的测量头卡夹装置具有导向元件以及与导向元件连接的至少一个夹紧单元和与夹紧单元连接的夹紧部件，其中，该导向元件用于接纳至少一个测量头保护壳体，该至少一个测量头保护壳体用于至少一个测量头，该夹紧部件用于在测量管上以可拆卸的方式固定导向元件，其中，所述导向元件力锁合地和/或形状锁合地与至少一个用于使导向元件在测量管上对中和夹紧的装置相连接，由此所述导向元件平行于测量管顶点地且以相对于测量管顶点的规定间距地、与管径无关地取向和固定。按照本发明，所述用于使导向元件对中和夹紧的装置包括对中元件、间隔元件和夹紧单元，所述对中元件、间隔元件和夹紧单元通过一连接元件不仅相互连接而且与导向元件相连接。
[0021]对于一种实施例，所述间隔元件包括两个相互平行的功能面，所述功能面相互间具有规定的距离，其中，第一功能面含有自由的转动关节，该转动关节与测量管相对地设置并且形成用于接纳所述连接元件的接口，第二功能面贴放在测量管上。所述间隔元件与导向元件通过固定的、不可动的连接部直接连接。
[0022]在一实施例中，所述对中元件由矩形成型的部件组成，所述对中元件在其远端上配备有自由的转动关节，该转动关节与测量管相对地设置并且形成用于接纳所述连接元件的接口。所述对中元件在其面对测量管的端部上居中地具有一凹口，该凹口用作功能面，以使导向元件与测量管的在管表面上的表面直线平行地取向。所述对中元件的关于管顶点对称的所述凹口具有燕尾的形状。功能面的其它实施形式也能够实现为两个球、两个圆柱体的形式或者是棱柱形的凹口。
[0023]所述对中元件设置在滑动的支承件中并且仅可在径向方向上相对于测量管运动。
[0024]所述夹紧单元包括圆筒形压簧、拉紧栓(尤其是拉紧螺栓)、拉紧件、夹紧螺栓、支座销、夹紧部件和所述连接元件。所述拉紧件与拉紧栓力锁合地连接，并且所述夹紧部件插入到拉紧件中以对称地夹紧导向元件。所述连接元件在其中心点处支承在设置在拉紧栓上的转动关节中，该转动关节同时用于接纳支座销。所述压簧相对于支座销设置在远端，并且所述压簧一方面顶压夹紧螺栓，而另一方面沿径向朝向测量管地作用在支座销上，其中，所述拉紧栓通过支座销来导引。
[0025]所述连接元件被设计成摇杆，该摇杆在其两个端部上分别松动地安放在一可移动的关节支承件上，所述关节支承件被实施成间隔元件的转动关节和对中元件的转动关节。
[0026]所述测量头保护壳体与蓄力器连接，该蓄力器本身与导向元件作用连接。
[0027]所述夹紧单元的尺寸被设计成能以规定的压紧力进行固定。对此的前提是，存在离管表面具有规定的距离的接口。该距离在测量头卡夹装置足够好地对中时与管径无关地实现。
[0028]本发明的主要优点在于，通过