专利名称：振动型测量变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种振动型测量变换器，特别是适用于克里奥利质量流量计的测量变 换器，其包括至少一条至少间歇地振动的测量管，用于引导待测介质；逆振荡器，其通过 形成第一联接区而在入口侧固定在测量管上并且通过形成第二联接区而在出口侧固定在 测量管上；激励器，用于至少驱动测量管；和传感器组件，用于检测至少测量管的振荡。
背景技术：
在工业测量技术中，特别是在自动化技术过程的控制及监控中，为了确定管道中 流动的介质例如液体和/或气体的特征过程参数(例如质量流量、密度、粘度等)，经常使 用在线测量仪表，特别是克里奥利质量流量计，其利用振动型测量变换器和与其连接的操 作及分析电子器件在流动介质中感生出力(例如，克里奥利力)并从这些力产生合适地 代表至少一个参数的测量信号。这种具有振动型测量变换器的在线测量仪表早已为人所 知并且在工业应用中得以使用。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中描述了这种测量变换器，特别是它们在克里 奥利质量流量计中的应用。每一所公开的测量变换器都包括至少一条基本直的或至少一条 弯曲的在工作中振动的测量管，用于引导介质，该测量管通过入口侧通入的入口管件和出 口侧通入的出口管件而与管道相通。每一所公开的测量变换器还包括至少一个一件式或多部分构成的逆振荡器，其例 如为管状、盒状或板状，其在入口侧联接至测量管以形成第一联接区并在出口侧联接至测 量管以形成第二联接区，并且在工作中至少部分同样振动。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中所示的测量变换器具有单一的基本直的测量管，正如传统的工业级测量 变换器中常见的，该测量管与逆振荡器基本彼此同轴。另外，在市面上常见的上述类型测量 变换器中，逆振荡器往往基本为管状并且基本为直的，且附加地设置在测量变换器中，使得 测量管至少部分被逆振荡器围绕，并且测量管和逆振荡器基本同轴。适用于这种逆振荡器 的材料包括成本较为低廉的钢类型，例如结构钢或快削钢。这里所讨论的类型的测量变换器还包括激励器组件，其在合适调节的电子驱动信 号的驱动之下，在操作期间利用至少一个电子机械的特别是电动的振荡激励器激励测量管 执行弯曲振荡，该弯曲振荡通常尽可能主要地或者唯一地在单一的虚拟的管振荡平面(以 下称作主振荡平面)中，该管振荡平面虚拟地切割两个联接区。另外，这种测量变换器还包 括传感器组件，其具有特别是电动的振荡传感器，用于至少逐点地检测测量管入口侧及出口侧的振荡，并且用于产生由质量流量影响的电子传感器信号。激励器组件具有至少一个电动的振荡激励器和/或差动地作用于测量管和逆振 荡器的振荡激励器；而传感器组件包括在入口侧的往往同样是电动的振荡传感器以及在基 本相同结构的出口侧振荡传感器。在市场上常见的具有一条测量管以及与其联接的逆振荡 器的测量变换器中，振荡激励器通常是利用线圈和细长的特别是棒状的永磁体形成的，激 励电流至少间歇地流经该线圈并且磁场至少间歇地切割该线圈，永磁体用作铁心，其与至 少一个线圈交互作用，特别是插入至少一个线圈中，并且合适地固定至测量管。这里，永磁 体和线圈通常基本彼此同轴地延伸。另外，在传统的测量变换器中，激励器组件通常被这样构造并放置在测量变换器 中，使得它基本在中央作用于测量管。往往至少一个振荡激励器以及激励器组件在这里还 例如像在 US-A 57 96 010.US-B68 40 109、US-B 70 77 014 或 US-B 70 17 424 中公开的 测量变换器中那样，至少沿着测量管的虚拟的中央外围线逐点地在外部固定在测量管上。 替代利用几乎在中央作用于测量管的振荡激励器形成的激励器组件，例如正如在US-A 48 23 614中所建议的，可以使用一种激励器组件，其是利用两个并非在测量管的中央而是靠 近入口侧及出口侧固定在测量管上的振荡激励器形成的。在大多数所述类型的测量变换器中，正如已经指出的，传感器组件的振荡传感器 至少与至少一个振荡激励器基本构造相同，根据相同的原理构成。相应地，这种传感器组件 的振荡传感器还往往是利用至少一个通常固定至逆振荡器的线圈形成的。至少间歇地，可 变磁场经过这个线圈，并且与之相伴随地，线圈至少间歇地被加载感生的测量电压。另外， 这些振荡传感器还各自包括永磁体铁心，其固定至测量管、与至少一个线圈交互作用，并且 提供磁场。每一所述线圈还利用至少一对电连接线与在线测量仪表的所述操作及分析电子 器件相连，连接线往往在从线圈经过逆振荡器到变换器外壳的最短路径上延伸。为了使经过线圈和永磁体的磁场均勻，并且为了防止干扰的漏磁场，所述类型的 振荡传感器以及多数振荡激励器具有永磁体，其放置于至少部分由导磁材料制成的磁杯内 部并且保持在通常直接固定在测量管上的杯底上，基本管状的特别是环形圆柱状的磁杯杯 壁从杯底开始沿着测量管和逆振荡器的相对振荡的方向延伸。通常，永磁体基本设置在杯 底的中央，并且往往固定至杯底，使得永磁体和杯壁基本彼此同轴地延伸。除了用于记录测量管的振动的振荡传感器之外，正如在EP 831306、US-A 57 36 653、US 53 81 697或WO-A 01/02 816中所建议的，测量变换器还可以包括其他内部件或 者在内部件附近设置的传感器，该内部件利用测量管、逆振荡器以及激励器组件和传感器 组件形成，特别地用于记录辅助测量变量，例如温度、加速度、应力等等。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中显示的每一测量变换器都包括一个特别是直接固定 在入口管件和出口管件上并且与测量管相联接的逆振荡器以及附加的围绕所提供的激励 器及传感器组件的变换器外壳，，而例如在US-A 48 23 614中所示的测量变换器中，变换 器外壳近似由逆振荡器自身形成，或者说，变换器外壳和逆振荡器是同一部件。与具有弯曲的测量管的测量变换器相比，具有直的测量管的测量变换器的优点例 如是，几乎在任何安装位置，特别是在在线执行的清洁之后，直的测量管以高度的确定性清 空。另外，例如与弯曲的测量管相比，这种测量管的制造明显更容易且相应地成本更低廉，而在操作中它们往往引起较小的压力损耗。正如已知的，当激励直的测量管执行在主振荡平面中的遵循第一本征振荡形式 (所谓的驱动模式或有效模式)的弯曲振荡时，它在流过的介质中引起克里奥利力。在传 统的上述类型测量变换器中，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中所公开的那些测量变换器，当令测量管主要在虚拟的主振荡平面 中以有效模式振荡时，这些克里奥利力反过来导致叠加与有效模式中的相同弯曲振荡共面 的(即，同样在主振荡平面中执行)遵循第二本征振荡形式弯曲振荡，该第二本征振荡形式 通常具有更高的阶但是对称特性不同(所谓的克里奥利模式或测量模式)。作为克里奥利 模式的弯曲振荡的结果，在入口侧和出口侧利用传感器组件记录的振荡具有也依赖于质量 流量的可测相位差。通常，这种特别是使用于克里奥利质量流量计中的测量变换器的测量管被激励为 有效模式，具有第一本征振荡形式的瞬时谐振频率，特别是振荡幅度被调节为恒定。由于这 个谐振频率特别地还依赖于介质的瞬时密度，所以利用市场上常用的克里奥利质量流量计 除了质量流量之外至少还可以直接测量流动介质的密度。除了上面提到的或多或少明显的密度依赖性，上述具有直的测量管的测量变换器 的一个特殊问题在于(在US-A 52 91 792、US-B 70 77014或本申请人的未公开德国专利 申请102007050686. 6中也已经讨论了)，它们不仅仅具有上面讨论的测量管执行在所述主 振荡平面中的弯曲振荡的自然振荡模式，而且还具有如下自然振荡模式，其中测量管可以 执行在另一虚拟的副振荡平面中的弯曲振荡，该副振荡平面基本正交于主振荡平面并且同 样虚拟切割两个联接区，并且如果不采取特殊措施，每一在副振荡平面中的振荡模式自然 会与主振荡平面中的相应振荡模式拥有相同的谐振频率。换言之，在所讨论类型的具有直 的测量管的测量变换器中，由于除了期望的在主振荡平面中激励的有效模式之外，还发生 了在副振荡平面中的不期望的干扰振荡并且其靠近有效模式的振荡频率，这导致可能的测 量不准确，特别是基于在操作期间不可预测的零点改变。同样对于主振荡平面中的有效模 式，对于以不期望的方式在副振荡平面中激励的等频振荡模式，牵扯到相应的克里奥利力， 还会感应附加的与其共面的振荡模式。这种干扰的一个原因可以例如是在所连接的管道中 的振动，或者往往是源自流动介质的宽频噪声。由于振荡传感器实际上几乎不可避免的对 于副振荡平面中的振荡的交叉敏感性，这导致了在这种条件下提供的传感器信号部分地以 对于测量准确度明显的程度，既反映了测量管在主振荡平面中的振荡，又反映了测量管在 副振荡平面中的相应振荡。因为对应的振荡具有基本相等的频率，所以相应信号部分与主 副振荡平面的匹配实际上是不可能的。另外，在两个振荡平面的振荡模式足够强的机械耦 合的情况中，可以实现振荡能量自发地或周期性地从主振荡平面传递至副振荡平面，或者 反过来，从副振荡平面传递至主振荡平面。结果是，传感器信号可以例如具有特征频差，其严重破坏传感器信号的信号处理 以及基于传感器信号的振荡调节。另外，在副振荡平面中的振荡运动是直接由外部干扰激 励的或者间接通过前述的从主振荡平面到副振荡平面的能量传递而激励的，这种振荡运动 能够导致传感器信号间歇地具有过高的信号电平，从而接收并处理传感器信号的输入放大 器必须相应地尺寸增大并因而较为昂贵。为了抑制这种在副振荡平面中执行的整体上非常有破坏性的振荡，通常相对于对主振荡平面中的振荡有效的测量管刚度，增加对于这些在副振荡平面中执行的振荡有效的 测量管刚度，同时保持有效质量基本相等，并且由此将主振荡平面和副振荡平面的彼此相 对应的振荡模式的谐振频率有效地彼此分离。这里，典型地寻求大于30Hz的频率分离。在 US-A 56 02 345中，为此建议了例如应用平支柱形式的弹簧元件，其附加地放置在特定的 测量管上，在紧邻各个联接区的入口侧及出口侧。在US-A 52 91 792中还公开了另一种用 于将主振荡平面中的振荡模式与副振荡平面中的相应振荡模式相分离的可能性。在这里建 议的测量变换器中，通过将测量管在中心以相应作用的弹簧元件偏压而增加对于副振荡平 面中的振荡有效的测量管刚度，这里，弹簧元件的形式为U形加强弹簧，其在测量变换器中 基本在测量管和逆振荡器的径向上延伸。这个弹簧元件不影响用于主振荡平面中的克里奥 利模式的测量管刚度。以这种方式，可以实现有效模式中的振荡的振荡频率足够大地超过 不期望的干扰振荡的频率，从而这种干扰振荡的影响得到大幅度抑制。作为替代，在上面提 到的德国专利申请1020070500686.6中，建议了使用在入口侧及出口侧放置于联接区附近 的“分散的”弹簧元件，用于频率分离。正如在本申请人的未公开德国专利申请102006062220. 0、102006062219. 7或 102006062185. 9中所讨论的，特别是在至少在实验室条件下内部件在密度方面被很好地平 衡并且仅仅允许在主振荡平面中振荡的情况中，还可以将连接线识别为对于振荡测量信号 的这种干扰(特别是影响零点的干扰)的另一个源头。考虑这一点，在这些专利申请中建 议通过有针对性地合适地沿着内部件将导线引导出来到达变换器外壳，而抵消这种干扰。尽管前面所述的措施单独地或者相互结合地显著改善了所讨论类型的测量变换 器的测量精度，特别是其零点稳定性，但是进一步的研究，特别是在实验室条件下且基本没 有干扰振动地执行的研究还是检测到零点的漂移，这尽管较小，但对于这种测量变换器的 极高测量精度要求来说还是不可忽视的，并且无法基于任何上述现象解释这些漂移。特别 地，已经发现，尽管在很大程度上消除或防止了上述干扰，但是零点对于安装状态还是有一 定的依赖性，这反过来显示了一定的位置依赖性。可能令所讨论类型测量变换器的测量精度特别是零点稳定性降低的其他干扰源 例如是交变电磁场，或者如在U. S.-B 72 99 699中所讨论的振荡摩擦、材料疲劳或者部 件连接处的松动，它们同样可以被排除或者至少不能在观察到的零点漂移的程度上得到解释。利用Helmholtz线圈的实验室研究将不同安装位置的所讨论类型的测量变换器 暴露于Helmholtz线圈的切换的磁场(已知基本是均勻的)中，研究最终令人惊讶地将恒 定的磁场看作对于长期无法解释的明显的零点偏移的一个可能的干扰源。进一步，依赖于 位置的地磁场的特殊影响可以被看作零点或者零点变化的位置依赖性的原因，其中考虑到 大约SOOmT的相当高的场强，这引起振荡传感器中规则的测量电压，并且考虑到地磁场被 减弱了若干数量级这一事实，振荡传感器对于地磁场密度的位置改变的灵敏度相当令人惊 讶。现在，例如通过构造传感器外壳以使得其有效磁阻显著减小，而消除上述问题。这 反过来将需要使用具有较高的相对磁导的材料，例如快削钢或结构钢。然而，正如例如在 US-B 63 30 832中所讨论的，这种材料不总是完全满足对于现有技术中工业级测量变换器 的在耐腐蚀性和/或卫生方面的高要求，从而不得不采取进一步提高已经较高的材料和/或制造花费的措施。
发明内容
本发明的目的是改进前面所述类型的测量变换器，从而能够实现测量精度对于测 量变换器的实际安装位置和/或实际安装地点的依赖性显著减小。其特别是与传统测量变 换器相比，在制造和/或材料方面的花销方面大致相当或仅仅略微升高。为了实现目的，本发明在于一种用于管道中流动的介质的振动型测量变换器，该 测量变换器包括至少一条至少间歇地振动的测量管，用于引导待测介质；逆振荡器，其通 过形成第一联接区而在入口侧固定在测量管上并且通过形成第二联接区而在出口侧固定 在测量管上；至少一个特别是电动的振荡激励器，用于例如差动地产生至少测量管相对于 逆振荡器的机械振荡；和至少一个特别是电动的第一振荡传感器，用于例如差动地记录至 少测量管相对于逆振荡器的振荡。在本发明的测量变换器中，至少一个振荡传感器包括例 如固定至逆振荡器的线圈以及与线圈磁耦合的永磁体，永磁体位于至少部分由导磁材料制 成的磁杯内部并且保持在例如固定至测量管上的杯底。另外，在本发明的测量变换器中，磁 杯的例如基本圆柱状和/或管状构成的杯壁从杯底开始例如基本沿着逆振荡器的方向和/ 或测量管相对于逆振荡器的弯曲振荡的方向延伸，该杯壁具有至少一条缝隙，该缝隙例如 至少部分沿着测量管相对于逆振荡器的振荡的方向延伸。除此之外，本发明在于一种在线测量仪表，其例如构造为克里奥利质量流量计、密 度计、粘度计等等，用于测量和/或监控管道中流动的介质的至少一个参数，例如质量流 量、密度和/或粘度，在该在线测量仪表中应用上述类型的测量变换器。特别地，测量变换器具有至少一个第一自然振荡模式，其中至少测量管可以执行 在虚拟的主振荡平面中的弯曲振荡。进一步，在操作期间至少间歇地利用至少一个振荡激 励器激励测量管，使其至少部分，特别是主要或者唯一地，在虚拟的主振荡平面中振荡。在本发明的第一实施方式中，振荡传感器的线圈固定在逆振荡器上。在本发明的第二实施方式中，至少一个振荡传感器的永磁体与测量管机械联接。在本发明的第三实施方式中，至少一个振荡传感器的磁杯的杯底固定在测量管 上。在本发明的第四实施方式中，至少一个振荡传感器的例如细长的和/或棒状的永 磁体以及线圈基本彼此同轴延伸。在本发明的第五实施方式中，至少一个振荡传感器的永磁体和杯壁彼此基本同轴 延伸。在本发明的第六实施方式中，至少一个振荡传感器的永磁体基本在杯底的中央固 定至杯底。在本发明的第七实施方式中，至少一个振荡传感器的永磁体以及至少一条缝隙至 少部分，例如主要地或者全部地，彼此基本平行地分布。在本发明的第八实施方式中，至少一条缝隙至少部分，例如主要地或者全部地，基 本为直的。在本发明的第九实施方式中，至少一条缝隙至少延伸到杯底。在本发明的第十实施方式中，至少一条缝隙延伸到磁杯的自由边，例如基本朝向逆振荡器的自由边。进一步，至少一条缝隙从磁杯的例如面向逆振荡器的自由边开始，沿着 杯壁至少延伸到杯底。在本发明的第十一实施方式中，杯底被切缝。在本发明的第十二实施方式中，至少一条缝隙至少部分沿着杯底例如在杯底的径 向上延伸。在本发明的第十三实施方式中，至少一个振荡传感器的永磁体也至少部分被切缝。在本发明的第十四实施方式中，至少一个振荡传感器的永磁体也具有至少一条缝 隙，例如至少部分在测量管相对于逆振荡器振荡的方向上延伸的缝隙。进一步，至少一条缝 隙延伸到永磁体的基本朝向逆振荡器的自由边。在本发明的第十五实施方式中，测量管至少部分，例如主要地或者完全地，由某种 材料制成，这种材料的导磁率比至少主要构成逆振荡器的材料的导磁率小。在本发明的第十六实施方式中，逆振荡器至少部分，例如主要地或者完全地，由导 磁材料制成。在本发明的第十七实施方式中，逆振荡器至少部分，例如主要地或者完全地，由相 对磁导率至少为10，例如大于100的导磁材料制成。在本发明的第十八实施方式中，逆振荡器至少部分，例如主要地或者完全地，由钢 例如快削钢或结构钢制成。在本发明的第十九实施方式中，至少一个振荡传感器的永磁体至少部分，例如主 要地或者完全地，由稀土合金例如AINiCo、NyFeB, SmCo等等制成。在本发明的第二十实施方式中，至少一个振荡传感器的永磁体至少部分，例如主 要地或者完全地，由铁氧体制成。在本发明的第二十一实施方式中，至少一个振荡传感器的磁杯至少部分，例如主 要地或者完全地，由钢例如快削钢或结构钢制成。在本发明的第二十二实施方式中，至少一个振荡传感器的磁杯至少部分，例如主 要地或者完全地，由铁氧体制成。在本发明的第二十三实施方式中，逆振荡器至少部分，例如主要地或者完全地，由 钢例如快削钢或结构钢制成。在本发明的第二十四实施方式中，测量管至少部分，例如主要地或者完全地，由钢 或者镍合金制成，钢例如是不锈钢和/或奥氏体钢，诸如316L、318L，镍合金例如是哈司特
银合金。在本发明的第二十五实施方式中，测量管至少部分，例如主要地或者完全地，由钛 制成。在本发明的第二十六实施方式中，测量管至少部分，例如主要地或者完全地，由钽 制成。在本发明的第二十七实施方式中，测量管至少部分，例如主要地或者完全地，由锆 制成。在本发明的第二十八实施方式中，至少一个振荡传感器的磁杯具有至少两条缝 隙，例如具有多条缝隙并且/或者缝隙至少在杯壁内部彼此基本平行地延伸和/或形状基
11本相同。在本发明的第二十九实施方式中，至少一个振荡传感器的磁杯具有至少两条缝 隙，例如具有多条在杯底内部例如基本径向延伸和/或形状基本相同的缝隙。在本发明的第三十实施方式中，至少一个振荡传感器的永磁体具有至少两条缝 隙，例如具有多条缝隙并且/或者缝隙彼此基本上平行延伸和/或形状基本相同。在本发明的第三十一实施方式中，在操作期间至少间歇地向至少一个振荡激励器 供应电子驱动信号，该驱动信号影响测量管的振荡，例如测量管在虚拟的主振荡平面中的 弯曲振荡。在本发明的第三十二实施方式中，第一振荡传感器和至少一个振荡激励器基本上 结构相同。在本发明的第三十三实施方式中，至少一个振荡激励器包括至少一个线圈，例如 与逆振荡器机械连接特别是刚性联接的线圈。进一步，至少一个振荡激励器还包括与线圈 磁耦合的永磁体，其放置在至少部分由导磁材料制成的磁杯内部并且保持在杯底，杯底例 如固定至测量管。为了进一步提高测量变换器的精度，磁杯的杯壁例如基本圆柱状地和/ 或管状地构成并且从至少一个振荡激励器的杯底开始，例如在逆振荡器的方向上和/或在 测量管相对于逆振荡器的弯曲振荡的方向上延伸，该杯壁具有至少一条缝隙，该缝隙例如 至少部分在测量管相对于逆振荡器的振荡的方向上延伸。在本发明的第三十四实施方式中，第一振荡传感器放置在测量管的入口侧。进一 步，测量变换器还包括至少一个第二振荡传感器，其例如与第一振荡传感器的结构基本相 同和/或出口侧放置在测量管上。在本发明的第三十五实施方式中，测量管至少部分被逆振荡器围绕。在本发明的第三十六实施方式中，逆振荡器基本为管状。在本发明的第三十七实施方式中，逆振荡器基本是直的。在本发明的第三十八实施方式中，测量管基本是直的。进一步，逆振荡器基本为管 状且基本为直的。以这种方式，还可以将测量管和逆振荡器基本彼此同轴定向并且/或者 使得逆振荡器能够在操作期间至少间歇地执行围绕弯曲振荡轴线的弯曲振荡，其特别是与 测量管的弯曲振荡基本共面。另外，测量管因而可以在操作期间例如为了粘度测量而执行 围绕与弯曲振荡轴线基本平行特别是一致的扭转振荡轴线的扭转振荡。在本发明的第三十九实施方式中，测量管在两个联接区之间以基本保持恒定的特 别是环形的横截面延伸。在本发明的第四十实施方式中，测量管具有基本圆柱状的特别是环形圆柱状的形 状。在本发明的第四十一实施方式中，测量变换器还包括变换器外壳，其容纳测量变 换器的由测量管、逆振荡器、振荡激励器和至少一个振荡传感器形成的内部件。在本发明的第四十二实施方式中，测量管通过入口侧通入的入口管件以及出口侧 通入的出口管件与管道相通。进一步，测量变换器还包括固定在入口管件和出口管件上的 变换器外壳。本发明基于以下令人惊异的发现一方面，在期望的测量精度方面，从外部作用于 所讨论类型的测量变换器上的磁场的主要的恒定部分对于零点有显著的影响；然而，另一方面，线圈在磁场中的运动不是导致在振荡传感器提供的测量信号中的相应干扰，而是导 致振动的测量管和逆振荡器之间的相对间隔周期性变化。反过来，由于相对间隔的周期性 变化，这特别地会引起内部件的磁阻以及测量变换器内部的磁场的空间分布整体上以有效 模式的振荡频率重复地变化，并且与之相随地，振荡传感器的区域中的磁场密度也重复地 变化。作为磁场密度在振荡传感器的区域中随时间改变的结果，在线圈中以及所连接的连 接线中可以感生相应的电压；而另一方面，在大面积的金属部件中也会形成相应的涡流，这 导致在振荡传感器中的感生电压。特别是对于所述类型的干扰，预先规定通常在这种振荡 传感器中使用的磁杯。本发明的一个基本思想是以简单的方式，有效减少通过地磁场在测量传感器中产 生的或者由于在振荡传感器的区域中的磁场密度周期性变化而产生的零点干扰，这是通过 利用缝隙合适地修改被看作在稳定零点的意义上起到关键作用的磁杯而实现的，同时尽可 能保持在所讨论类型的测量变换器中已经建立的结构形式和材料，以及它们在影响实际测 量效果的振荡传感器内部永磁体磁场的传导及均勻化方面的良好特性。为了减小磁场的影响，在磁杯中提供多条缝隙，令人惊奇地发现，使用具有唯一的 沿着杯壁的缝隙的振荡传感器已经显著地提高了测量变换器的零点稳定性。反过来，最终 实际在磁杯中可成形的缝隙的数目和/或大小至少具有一个限度，因为这将使得磁杯的抗 振动性和刚性减小并且磁杯的不期望的本征振荡的趋向升高。同样，为了永磁体的磁场的 足够的均勻化以及为了适于实际测量而引导该磁场，明智的是将缝隙的数目限制地尽可能 小。实际上，成本与性能的权衡将导致为每个振荡传感器提供大约二至四条这种缝隙，以实 现通常期望的测量精度以及在以尽可能低的制造成本得到相当令人满意的结果。
现在根据附图中示出的例子解释本发明；相同的部件在图中具有相同的附图标 记。清楚起见，后续图中不再重复前面已经提到的附图标记。附图中图1是用于测量管道中引导的介质的至少一个参数的在线测量仪表，其可以连接 在管道中；图2以透视性侧视图示出使用于图1的在线测量仪表的振动型测量变换器的一个 例子，其包括测量管和逆振荡器以及端侧的支架；图3部分以侧视图示出图2的测量变换器；图4以第一横截面示出图2的测量变换器；图5以第二横截面示出图2的测量变换器；图6a_d示意性示出以横向弯曲振荡模式振荡的测量管和逆振荡器的弯曲线；图7a、b以不同视图示出用于图2的测量变换器的振荡传感器的磁杯；和图8a、b以不同视图示出用于图2的测量变换器的振荡激励器的磁杯。
具体实施例方式图1显示了能够插入未显示的管道且例如作为科里奥利质量流量计、密度计、粘 度计等而构成的在线测量仪表，其用于测量和/或监控管道中流动的介质的至少一个参 数，例如质量流量、密度、粘度等等。在线测量仪表为此包括振动型测量变换器，其电连接至
13在线测量仪表的安置在相应的电子器件外壳200中的这里未显示的操作及分析电子器件， 该测量变换器在操作期间相应地被待测介质流过。图2至5示意性地以不同视图显示了这种振动型测量变换器的原理性结构的 一个实施例。另外，作为示例示出的测量变换器的原理性机械结构及其作用方式与US-A 2007/0119265、US-A 2007/0119264、US-B 66 91 583, US-B 68 40 109 中示出的测量变换 器相类似。测量变换器用于在流过的介质中产生机械反作用力，例如依赖于质量流量的科里 奥利力、依赖于密度的惯性力和/或依赖于粘度的摩擦力，该反作用力以可测量特别是可 由传感器记录的方式反作用于测量变换器。从这些反作用力可以以本领域技术人员已知的 方式测量介质的例如质量流量m、密度P和/或粘度η。为了引导介质，测量变换器包括 至少一条测量管10 (在这里所示实施例中是单一的基本直的测量管10)，令其在操作中例 如以自然弯曲振荡模式和/或自然扭转振荡模式振动，从而它重复弹性形变，以围绕静态 静止位置振荡。在这种情况中，测量变换器具有至少一个第一自然振荡模式，其中至少测量 管可以执行在虚拟的主振荡平面XZ中的弯曲振荡。为了将作用于测量管10的干扰影响最小化以及为了减小从测量变换器一侧向所 连接的管道释放的振荡能量，还在测量变换器中提供逆振荡器20 (其在这里基本是直的并 且基本平行于测量管10延伸)。正如图2中所示，该逆振荡器通过形成实际上限定测量管 10的入口端的第一联接区11#而在入口侧固定在测量管10上并且通过形成实际上限定测 量管10的出口端的第二联接区12#而在出口侧固定在测量管10上。逆振荡器20可以例如是管状或盒状的并且例如在入口端和出口端与测量管10相 连，从而正如在这种测量变换器中常见的那样，它基本与这里基本直的测量管10同轴，并 且测量管10至少部分被逆振荡器20围绕。在本发明的一个实施例中，逆振荡器还在其质 量和抗弯刚度方面与测量管相匹配，使得与测量管的弯曲振荡相比，它执行非常明显的相 等频率的弯曲振荡并且因而在操作期间至少间歇地执行围绕弯曲振荡轴线的弯曲振荡。然 而，当逆振荡器20明显比测量管10重，从而与测量管相比，逆振荡器至少名义上具有较小 的本征频率并且因而在操作期间几乎不振荡或者至少与测量管相比不执行值得一提的振 荡时，也是具有优点的。为了将待测介质引入及引出测量管10，通过在入口侧通入第一联接区的范围中的 入口管件11以及在出口侧通入第二联接区的范围中的特别是基本与入口管件11相同的出 口管件12，测量管10连接至这里未显示的用于输入及排出介质的管道。在所示实施例中， 入口管件11和出口管件12基本是直的并且与测量管10以及连接联接区的纵轴L对齐。 具有优点的，测量管10和入口及出口管件11、12可以实施为一件，从而例如单一的管状坯 件可以用于制造它们。代替由单一的一件式管的片段形成的测量管10、入口管件11和出 口管件12，如果需要，它们还可以利用随后例如通过焊接而连接在一起的分离坯件而制造。 在本发明的实施例中，测量管还在两个联接区之间以基本恒定的横截面特别是环形横截面 延伸。特别地，测量管10基本圆柱状特别是环形圆柱状形成。正如结合图1和2可以清楚看到的，利用测量管10、逆振荡器20、入口管件11和 出口管件12形成的测量变换器的内部件进一步可振荡地容纳在以防介质泄漏以及大致压 密的方式围绕该内部件的变换器外壳30中。变换器外壳30适合地固定在入口及出口管件
1411、12远离各自联接区的端部上。对于测量变换器以可释放的方式与管道组装在一起的情 况，在入口管件11和出口管件12上分别提供第一和第二法兰13、14。这里，法兰13、14可 以同时实施为变换器外壳30的整体部件。如果需要，入口及出口管件11、12也可以例如利 用熔焊或硬焊直接与管道相连。为了产生测量管10的机械振荡(现在是弯曲振荡和/或扭转振荡)，测量变换器 还包括至少一个特别是电动的激励器组件40。它用于将利用操作及分析电子器件馈送的经 相应调解的电子驱动信号形式(其例如具有受控电流和/或受控电压)的激励电能Erai。转 换为激励力Fex。，其例如以脉冲形式钟控地或谐波地作用于测量管10并使测量管10以上述 方式弹性形变。这里，如图4示意性示出的，激励力Fex。可以双向的或单向的构成，并且可 以以本领域技术人员熟知的方式例如利用流控和/或压控电路而在幅度方面得到调整并 且例如利用锁相环而在频率方面得到调整。特别地，正如在这种测量变换器中常见的，激励 器组件进一步这样实施并设置在测量变换器中，使得它基本在中央作用于测量管和/或在 外部沿着测量管的虚拟中央外围线至少逐点地固定至该测量管。激励器组件40可以例如 是单一的电动铁心_线圈系统，其差动地作用于测量管10和逆振荡器20并且包括至少一 个直接地或者如图2和4所示间接地固定至逆振荡器20的圆柱状激励线圈41a。在操作期 间，激励电流或者由此分支的激励电流部分流经激励线圈。另外，铁心_线圈系统包括永磁 体铁心41b，其至少部分延伸进入激励线圈并且在外部特别是在中央固定至测量管10。在 这里所示实施例中，激励器组件40的至少一个激励线圈41a固定至杠杆41’ (这里是与测 量管10相连的杠杆)并且通过该杠杆以及与永磁体铁心41b (其在这里在外部固定至逆振 荡器20)的相互作用而作用于测量管10和逆振荡器20。一个实施例中显示的激励器组件 40还包括三个附加的前述类型的铁心-线圈系统42、43、44，它们各自差动地作用于测量管 10和逆振荡器20。作为上述电动铁心-线圈系统的替代，激励器组件40也可以例如实施 为电磁铁或震动激励器。此外，在上述类型的测量变换器的情况中，还可以将振荡激励器的 各个线圈和/或铁心例如直接固定至测量管或逆振荡器，而无需使用居间的杠杆。为了记录至少测量管10相对于逆振荡器20的振荡，测量变换器还包括至少一个 振荡传感器51，该振荡传感器特别是电动的和/或差动地记录测量管和逆振荡器的相对振 荡，用于在操作期间至少间歇地提供代表测量管10的振动的振荡测量信号Sl。正如在这 种测量变换器中非常常见的，至少一个振荡传感器51包括这里固定至逆振荡器20的线圈 51a以及铁心51b，铁心实施为永磁体的形式，其与线圈51a磁耦合并且在这里固定至测量 管10。在本发明的实施例中，永磁体至少部分，特别是主要地或完全地，由稀土合金构成，例 如AINiCo、NyFeB, SmCo等等。作为替代或者补充，永磁体也可以由铁磁体制造。传感器线圈51a尽可能靠近这里固定在逆振荡器20上的永磁体铁心51b并且与 其磁耦合，从而在传感器线圈51a中感生出可变的测量电压，其受到在测量管10和逆振荡 器20之间的改变传感器线圈和铁心的相对距离的横向相对运动影响并且/或者受到在测 量管10和逆振荡器20之间的改变传感器线圈相对于铁心的相对位置的旋转相对运动影 响。如果需要，传感器线圈51a可以为此也固定至逆振荡器20，并且以相应的方式，与其耦 合的铁心51b可以固定至测量管10。正如图7a和7b示意性示出的，特别是细长和/或棒状的永磁体51b放置在至少 部分由导磁材料构成的磁杯51c内部并且被保持在杯底51c’，该杯底例如直接固定至测量
15管10。这里，非常具有优点的是，将永磁体51b基本在中央固定至杯底51c’。在本发明的 另一实施例中，磁杯51c还至少部分，特别是主要地或全部地，由钢(例如快削钢或结构钢) 制成。作为替代或补充，磁杯51c也可以例如由铁磁体制造。磁杯51c的特别是基本环形 圆柱状或管状的杯壁51c”从杯底51c’延伸。在本发明的进一步发展中，至少一个振荡器 传感器51的永磁体51b和线圈51a基本彼此同轴地延伸。对于已经描述的情况，磁杯51c 的杯壁51c”基本环形圆柱状和/或管状地构成，在本发明的进一步发展中，永磁体51b和 杯壁51c”基本彼此同轴地分布。 在本发明的进一步发展中，如图3所示，除了至少一个振荡传感器51之外，测量变 换器还包括至少一个附加的振荡传感器52，其在操作期间至少间歇地提供相应的第二振荡 信号s2。为了检测测量管的入口侧及出口侧振荡，如图2或3示意性显示的，至少两个振 荡传感器51、52中的第一振荡传感器放置在测量管10的入口侧上，而至少两个振荡传感器 51,52中的第二振荡传感器放置在测量管10的出口侧上。这里，两个特别是基本构造相同 的振荡传感器51、52以具有优点的方式设置在测量管10的同一侧上，并且在这里在测量变 换器中在与两个联接区11#、12#相间隔地放置，使得它们各自与测量管10的中央和/或两 个联接区11#、12#中最靠近的那个联接区具有基本相同的间隔。激励器组件40以及至少一个振荡传感器51利用相应的连接线与在线测量仪 表的上述操作及分析电子器件电连接，连接线至少部分在变换器外壳内引导；这里特 别是参见开始提到的本申请人的德国专利申请102006062220. 0、102006062219. 7或 102006062185.9。这里，连接线可以至少部分实施为至少部分被电绝缘包封的电线并且可 以例如为“双绞线”、扁平电缆和/或同轴电缆的形式。作为替代或者补充，连接线可以至少 部分利用特别是柔性的电路板的迹线形成，该电路板如果需要可以被涂漆。在本发明的另一实施例中，测量管10、逆振荡器20、至少一个振荡传感器51以及 激励器组件40在质量分布方面总体上这样彼此匹配，使得测量变换器的这样形成的利用 入口及出口管件11、12悬吊的内部件的质心MS至少位于测量管10的内部，优选地尽可能 靠近测量管纵轴L。另外，内部件具有与入口管件11和出口管件12对齐并且至少部分位于 测量管10的内部的第一惯性主轴1\。由于内部件的质心MS的位置，特别是由于第一惯性 主轴T1的上述位置，测量管10的扭转振荡和弯曲振荡至少在有效模式中最大程度地在机 械上彼此解耦。在本发明的另一实施例中，测量变换器的内部件的第一惯性主轴T1基本与上述纵 轴L 一致。另外，在本发明的另一实施例中，测量变换器的内部件的第二惯性主轴T2基本 与上述中央轴一致。为了进一步提高测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 中建议的测量变 换器，在本发明的进一步发展中，正如结合图2、3和6a可以清楚看到的，本发明的测量变 换器还包括第一托架15和第二托架16，该第一托架在第一联接区的范围内与入口管件11 和测量管10相联并且具有在入口管件11的区域中的质心M15，第二托架在第二联接区的范 围内与出口管件12和测量管10相联并且具有在出口管件12的区域中的质心Mieo换言 之，两个托架15、16特别是具有相同的结构且还可以彼此等同，它们这样设置在测量变换 器中，使得各个质心M15、M16与测量管10相间隔。特别地，质心M15、M16与测量管10对齐。
16于是，两个托架15、16偏心地保持在入口及出口管件上并且相应地偏心地保持在测量管 10和逆振荡器20上。这样形成的内部件的作用方式对应于在所述的US-A2007/0186685、 US-A2007/0119265、US-A 20070/119264、US-B 66 91 583 或 US-B 68 40 109 中所示的内 部件的作用方式。为了能够尽可能简单且成本低廉地制造托架以及最终制造测量变换器， 两个托架15、16各自可以基本构造为管状或套筒状，从而它们各自可以基本利用特别是金 属的套筒形成，该套筒特别是在逆振荡器20已经与测量管10相连之后被推上逆振荡器20。 在进一步发展中，每一形成各个托架15、16的套筒具有至少一个环形槽；关于这一点，参见 前面提到的 US-A 2007/0186685、US-A2007/0119265 或 US-A 2007/0119264。为了制造入口及出口管件以及测量管，通常可以使用实际上对于这种测量变换器 常用的任何材料，例如不锈钢和/或奥氏体钢、钛、钽、锆，或者镍合金，诸如哈司特镍合金。 例如，特别是钛、钽、锆或不锈钢(诸如316L、318L)的应用已经证明特别适合测量管10以 及入口管件11和出口管件12，而例如出于节约成本的原因，对于逆振荡器20以及托架15、 16和变换器外壳30应用成本低廉且通常易于导磁的碳钢是非常具有优点的。相应地，在本 发明的进一步发展中，测量管10还至少部分，特别是主要地或完全地，由一种材料构成，这 种材料例如是前述的常用测量管材料，它的磁导率比至少主要或完全构成逆振荡器的材料 的磁导率低。特别地，进一步提出，逆振荡器20至少部分，特别是主要地或完全地由导磁材 料制成。优选地，逆振荡器至少部分，特别是主要地或完全地，由相对磁导率至少为10，特别 是大于100的导磁材料制成，该材料诸如是快削钢或结构钢。这种钢对于本领域技术人员 是已知的，例如标号为St 37、St 38或St 53。在测量变换器的操作期间，正如已经多次提到的，测量管10被利用在操作期间被 供应电子驱动信号的激励器组件40而激励为至少间歇地执行在虚拟的主振荡平面XZ中的 横向弯曲振荡，特别是在相应的自然振荡模式的自然谐振频率的范围内，从而它以这种所 谓的有效模式至少部分，特别是主要地，遵循自然第一本征振荡形式偏转。这里，有效模式 中的弯曲振荡基本垂直于弯曲振荡轴线，该弯曲振荡轴线基本与将两个联接区11#、12#虚 拟连接在一起的纵轴L基本平行，特别是一致。在本发明的一个实施例中，进一步提出，在 操作期间至少间歇地利用激励器组件激励测量管，使得测量管主要地或唯一地在虚拟的主 振荡平面中振荡。在本发明的另一实施例中，测量管10被利用合适供电的激励器组件40而激励 为具有振荡频率fex。，该振荡频率尽可能精确地对应于测量管10的所谓的π本征模式的 自然谐振频率，该本征模式是对称的本征模式，其中正如图6b至6d示意性显示的，振动 的但是未被介质流过的测量管10相对于垂直于纵轴L的中央轴基本对称地弯曲并且基 本上具有单一的振荡波腹；关于这一点，例如也参见开始提到的US-A2007/0119265、US-A 2007/0119264或US-B 68 40 109。以相同的方式，正如图6b示意性显示的，逆振荡器20 同样被激励为在测量变换器工作期间弯曲振荡，该弯曲振荡与测量管10的弯曲振荡基本 共面但是基本反相。以这种方式，振荡的测量管10和逆振荡器20在操作期间至少间歇地 和/或部分地以有效模式横向振荡，在该有效模式中它们共同执行在虚拟的主振荡平面XZ 中的基本共面的弯曲振荡。对于介质在管道中流动并且因此质量流量m不等于零的情况，在流过的介质中利 用以上述方式振动的测量管10感生出科里奥利力。它们反过来作用于测量管10并且实现测量管10附加的与自然第二本征振荡形式相对应的可由传感器记录的形变(未显示)，该 形变基本共面地叠加在所激励的有效模式上。结果，测量管基本在虚拟的主振荡平面XZ中 以科里奥利模式振荡。这里，测量管10的形变的瞬时特性特别是在幅度方面也依赖于瞬时 质量流量m。正如在这种测量变换器类型中常见的，用作第二本征振荡形式的所谓的科里 奥利模式可以例如是具有两个振荡波腹的被称为反对称f2本征模式的本征振荡形式，和/ 或是具有四个振荡波腹的被称为反对称f4本征模式的本征振荡形式。另外，在本发明的一 个实施例中，测量管10和逆振荡器20的大小被定为，使得空的测量管10的最低自然本征 频率f1(l大于或约等于逆振荡器20的最低自然本征频率f2(l。特别地，测量管10和逆振荡 器20的大小被定为，使得被填充了水的测量管10的最低自然本征f1(l,·至少等于逆振荡器 20的最低自然本征频率f2(l。在本发明的另一实施例中，测量管10和逆振荡器在振荡特性 方面彼此匹配，使得当测量管被完全充满水时，测量管10的最低自然本征f1(l, H20对应于逆 振荡器20的最低自然本征频率f2(l的至少1. 1倍。在由钛制成的标称直径DN约为55mm、长 度Lltl约为570mm且壁厚约为2. 5mm的测量管的情况中，空的测量管的fl本征模式的自然 谐振频率Tlthuift将约为550Hz，而被填充了水的测量管的Π本征模式的自然谐振频率f1Q, H2。将约为450Hz。在本发明的进一步发展中，特别是基于US-B 68 40 109中示出的测量变换器，测 量管10还在操作期间至少间歇地，特别是与前述弯曲振荡同时地，执行围绕基本与纵轴L 或者与前述弯曲振荡轴线平行的扭转振荡轴线的扭转振荡。正如在这种测量变换器中非常 常见的，扭转振荡轴线、弯曲振荡轴线以及纵轴L可以基本一致。对于上述测量管10，例如 扭转振荡的最低自然谐振频率将会在大约750Hz的范围。正如已经提到的，在前述类型的测量变换器中，特别是在具有非磁性的测量管以 及与该测量管相比明显具有磁性的逆振荡器的测量变换器中，一个特殊的问题是，相等磁 性的铁心和/或磁杯随时间改变磁场B (例如地磁场)的场密度，该磁场可能从外部耦合入 测量变换器并且在振荡传感器的区域中横贯测量变换器，从而感生出干扰电压并且该干扰 电压叠加在实际的振荡测量信号上。为了减少这种干扰，进一步在本发明的测量变换器中， 至少一条缝隙511c”形成在磁杯的例如基本环形圆柱和/或管状构成的杯壁51c”中，该杯 壁基本上沿测量管10和逆振荡器20的共面振荡的方向从杯底51c’开始延伸。在本发明的另一实施例中，磁杯51c中的至少一条缝隙511c”至少部分，特别是主 要地或完全地，基本是直的，从而该缝隙在杯壁51c”的内部至少部分基本沿测量管10与逆 振荡器20的横向的例如共面的弯曲振荡的方向延伸，特别是在虚拟的主振荡平面XZ中延 伸。作为替代或补充，至少一条缝隙511c”可以在杯壁51c”内部延伸，然而也至少部分倾 斜和/或螺旋。不考虑杯壁51c”内的至少一条缝隙511c”的实际形状和/或长度，基本的 考虑是具有优点的是令缝隙尽可能窄，以维持磁杯的刚性。由于缝隙511c”的宽度实际上 仅仅很少地影响干扰排除的期望效力，所以这尤其是真实的。考虑到这一点，在本发明的另 一实施例中，至少一条缝隙511c”的最大宽度小于1mm。在本发明的另一实施例中，永磁体51b和至少一条在杯壁内部延伸的缝隙511c” 这样形成并相对彼此定向，使得二者都至少部分，特别是主要地或完全地，彼此基本平行。在本发明的另一实施例中，至少一条在杯壁51c”内部延伸的缝隙511c”延伸直至 磁杯51c的自由边51c”’，这里，自由边51c”’基本朝向逆振荡器20。这里，特别具有优点
18的是至少一条缝隙511c”从磁杯51c的所述边开始沿着杯壁51c”至少延伸至杯底51c’。作为前述实施例的替代或补充，在本发明的另一实施例中，如图7b所示，杯底 51c’也被切缝。特别地，至少一个在杯壁内延伸的缝隙511c”伸长，使得它至少部分也沿着 杯底51c’在杯底51c’的径向上延伸，如图7b示意性示出。另外，如图7b示意性示出的， 通过例如以杯底中相应的孔的形式而将至少一条在杯底中形成的缝隙部分扩宽，可以进一 步提高缝隙的效果。尽管利用沿着杯底51c”延伸的单一缝隙已经可以实现相关测量变换器的零点稳 定性显著提高，但是正如已经提到的，可以确定的是，在磁杯中提供的缝隙越多，从外部耦 合入的干扰测量的磁场B的影响整体上越小。在本发明的进一步发展中，为了附加地改进 干扰抑制，磁杯不仅具有一条缝隙，而是正如图7a和7b示意性示出的，具有至少两条或多 条这种缝隙511c”、512c”、513c”、514c”，它们例如至少在杯壁内部基本平行和/或基本形 式一致。正如上面使用一条缝隙的例子所揭示的，在振荡传感器51的磁杯51c中具有多条 缝隙的情况，两条或多条这种缝隙可以形成在杯底51c’的内部，它们例如基本径向延伸和 /或基本一致地构成。然而，这里应当注意，所应用的缝隙的数目应当小心地被限制为对于 实际振荡测量所需的永磁体的磁场具有足够的均勻性以及合适的引导。为了提高单一或多 重切缝的磁杯的抗疲劳性以及刚性，以及与其相关联地，为了防止该磁杯的不期望的本征 振动，具有优点的是将磁杯或其至少切缝的部分完全或部分内嵌于非导电陶瓷和/或非导 电塑料(诸如环氧树脂)中，并且/或者至少部分利用非导电陶瓷和/或非导电塑料填充 缝隙。作为磁杯的前述多重切缝的替代或补充，正如图7a所示，干扰抑制的进一步改进 还可以通过不仅对于磁杯51c而且对于永磁体51b至少部分切缝而实现。在本发明的另一 实施例中，除了磁杯之外，永磁体51b也具有至少一条缝隙511b，其至少部分沿着测量管10 和逆振荡器20的基本共面的振荡的方向延伸。这条缝隙511b可以例如延伸至永磁体51b 的未与测量管10相连的自由端或自由边51b””。作为替代或补充，永磁体51b可以进一步 具有至少两条特别是多条缝隙511b、512b，它们基本彼此平行地延伸和/或基本形状一致。在本发明的进一步发展中，至少一个振荡激励器41和至少一个振荡传感器51根 据相同的作用原理构造，特别是具有基本相同的结构。相应地，在本发明的另一实施例中， 至少一个振荡激励器41还具有至少部分由导磁材料构成的磁杯41c，其带有例如固定至测 量管10或者(正如结合图4、8a和8b清楚看到的)固定至逆振荡器20的杯底41c’，与线 圈41a磁耦合的永磁体41b保持在该杯底上。然而，作为替代，至少一个振荡激励器也可以 正如已经提到的那样将线圈41a固定至逆振荡器20和磁杯41c，其中永磁体41b放置在其 中，与测量管相对应，从而激励器组件40的至少一个线圈41a特别是刚性地与逆振荡器20 机械连接。在本发明的另一实施例中，磁杯41c的杯壁41c”(特别是基本环形圆柱状或管 状构造的杯壁)在逆振荡器的方向或测量管的方向上从至少一个振荡激励器41的磁杯41c 的杯底41c’延伸，具有至少一条特别是至少部分在测量管10和逆振荡器20的振荡方向上 延伸和/或向着磁杯41c的自由边41c”’延伸的缝隙411c”。正如可以从以上解释而毫无困难地识别的，本发明的测量变换器的特征在于，与 所讨论类型的传统测量变换器相比，从设计或制造的视角看，为了保持上述类型的振荡测 量信号以非常有效的方式摆脱由于外部磁场B而感生的干扰，并且特别是同时保持测量变
19换器的传统结构和/或传统布线，仅仅需要对于振荡传感器或传统上已经用于振荡传感器 的磁杯进行较小的易于实施的改动。
权利要求
用于管道中流动的介质的振动型测量变换器，该测量变换器包括 至少一条至少间歇地振动的测量管(10)，用于引导待测介质； 逆振荡器(20)，其通过形成第一联接区(11#)而在入口侧固定在测量管(10)上并且通过形成第二联接区(12#)而在出口侧固定在测量管(10)上； 至少一个特别是电动的振荡激励器(41)，用于特别是差动地产生至少测量管(10)相对于逆振荡器(20)的机械振荡；和 至少一个特别是电动的第一振荡传感器，用于特别是差动地记录至少测量管(10)相对于逆振荡器(20)的振荡； 其中，所述至少一个振荡传感器(51)包括特别是固定至所述逆振荡器(20)的线圈(51a)以及与该线圈磁耦合的永磁体(51b)，该永磁体位于至少部分由导磁材料制成的磁杯(51c)的内部并且保持在特别是固定至所述测量管的杯底(51c’)上；以及 其中，所述磁杯的特别是基本环形圆柱状和/或管状构成的杯壁(51c”)从所述杯底开始特别是基本沿着所述逆振荡器的方向延伸，该杯壁具有至少一条缝隙(511c”)，该缝隙特别是至少部分沿着所述测量管(10)相对于所述逆振荡器(20)的振荡的方向延伸。
2.根据权利要求1所述的测量变换器，其中，至少一个振荡传感器的线圈固定在逆振 荡器(20)上。
3.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一个振荡传感器的永磁体与 测量管(10)机械联接。
4.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，磁杯的杯底固定在测量管上。
5.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一个振荡传感器的特别是细 长的和/或棒状的永磁体以及线圈彼此基本同轴地分布。
6.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，永磁体和杯壁彼此基本同轴地分布。
7.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一个振荡传感器的永磁体基 本在杯底的中央固定至杯底。
8.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一个振荡传感器的永磁体以 及至少一条缝隙至少部分，特别是主要地或者全部地，彼此基本平行地分布。
9.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一条缝隙至少部分，特别是主 要地或者全部地，基本为直的。
10.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一条缝隙至少延伸到杯底。
11.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一条缝隙延伸到磁杯(51c) 的特别是基本朝向逆振荡器的自由边(51c””)。
12.根据权利要求11所述的测量变换器，其中，至少一条缝隙从磁杯的特别是朝向逆 振荡器的自由边开始，沿着杯壁至少延伸到杯底。
13.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，杯底也被切缝。
14.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一条缝隙至少部分沿着杯底 特别是在杯底的径向上延伸。
15.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一个振荡传感器的永磁体也 至少部分被切缝。
16.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一个振荡传感器的永磁体 (51b)也具有至少一条缝隙(511b)，该缝隙特别是至少部分在测量管(10)相对于逆振荡器 (20)振荡的方向上延伸。
17.根据权利要求16所述的测量变换器，其中，永磁体(51b)的至少一条缝隙延伸到永 磁体的基本朝向逆振荡器的自由边(51b””)。
18.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，测量管至少部分，特别是主要地 或者完全地，由一种材料构成，这种材料的导磁率比至少主要构成逆振荡器的材料的导磁 率小。
19.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，逆振荡器至少部分，特别是主要 地或者完全地，由导磁材料构成。
20.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，逆振荡器至少部分，特别是主要 地或者完全地，由相对磁导率至少为10，特别是大于100的导磁材料构成。
21.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，逆振荡器至少部分，特别是主要 地或者完全地，由钢特别是快削钢或结构钢构成。
22.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一个振荡传感器的永磁体至 少部分，特别是主要地或者完全地，由稀土合金特别是AlNiC0、NyFeB、SmC0等构成。
23.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一个振荡传感器的永磁体至 少部分，特别是主要地或者完全地，由铁氧体构成。
24.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一个振荡传感器的磁杯至少 部分，特别是主要地或者完全地，由钢特别是快削钢或结构钢构成。
25.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一个振荡传感器的磁杯至少 部分，特别是主要地或者完全地，由铁氧体构成。
26.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，逆振荡器至少部分，特别是主要 地或者完全地，由钢特别是快削钢或结构钢构成。
27.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，测量管至少部分，特别是主要地 或者完全地，由特别是不锈钢和/或奥氏体钢，特别是316L、318L构成，或者由镍合金特别 是哈司特镍合金构成。
28.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，测量管至少部分，特别是主要地 或者完全地，由钛构成。
29.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，测量管至少部分，特别是主要地 或者完全地，由钽构成。
30.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，测量管至少部分，特别是主要地 或者完全地，由锆构成。
31.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一个振荡传感器的磁杯具有 至少两条特别是多条并且/或者至少在杯壁的内部彼此基本平行地分布并且/或者基本形 状相同的缝隙(51 lc〃 ,512c" ,513c" ,514c")。
32.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一个振荡传感器的磁杯具有 至少两条特别是多条在杯底的内部特别是基本径向分布并且/或者基本形状相同的缝隙 (511c" ，512c" ，513c" ，514c")。
33.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一个振荡传感器的永磁体具 有至少两条特别是多条并且/或者彼此基本平行地分布并且/或者基本形状相同的缝隙 (511b,512b)。
34.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，具有至少一个第一自然振荡模式，其中 至少测量管能够执行在虚拟的主振荡平面(XZ)中的弯曲振荡。
35.根据权利要求34所述的测量变换器，其中，在操作期间至少间歇地利用至少一个 振荡激励器激励测量管，使该测量管至少部分，特别是主要或者唯一地，在虚拟的主振荡平 面中振荡。
36.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，在操作期间至少间歇地向至少一 个振荡激励器供应电子驱动信号，该驱动信号影响测量管的振荡，特别是测量管在虚拟的 主振荡平面中的横向弯曲振荡。
37.根据权利要求36所述的测量变换器，其中，第一振荡传感器(51)和至少一个振荡 激励器(41)基本上结构相同。
38.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，至少一个振荡激励器(41)包括 至少一个线圈(41a)，该线圈例如与逆振荡器机械连接特别是刚性联接。
39.根据权利要求38所述的测量变换器，其中，至少一个振荡激励器还包括与所述线 圈(41a)磁耦合的永磁体(41b)，该永磁体放置在至少部分由导磁材料构成的磁杯(41c)的 内部并且保持在特别是固定至测量管的杯底(41c’ )上。
40.根据权利要求39所述的测量变换器，其中，至少一个振荡激励器的磁杯(41c)的杯 壁(41c”)特别是基本为环形圆柱状和/或管状并且从至少一个振荡激励器的杯底开始特 别是在逆振荡器的方向上延伸，该杯壁具有至少一条缝隙(411c”)，该缝隙特别是至少部分 在测量管(10)相对于逆振荡器(20)的振荡的方向上延伸。
41.根据权利要求40所述的测量变换器，其中，至少一个振荡激励器的至少一个线圈 (41a)与逆振荡器机械连接，特别是刚性联接。
42.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，第一振荡传感器(51)在入口侧 放置在测量管(10)上。
43.根据权利要求42所述的测量变换器，还包括至少一个第二振荡传感器(52)，该第 二振荡传感器特别是与第一振荡传感器(51)的结构基本相同。
44.根据权利要求43所述的测量变换器，其中，所述第二振荡传感器(52)在出口侧放 置在测量管(10)上。
45.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，测量管(10)至少部分被逆振荡 器(20)围绕。
46.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，逆振荡器(20)基本为管状。
47.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，逆振荡器(20)基本是直的。
48.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，测量管(10)基本是直的。
49.根据权利要求48所述的测量变换器，其中，逆振荡器(20)基本为管状且基本为直的。
50.根据权利要求49所述的测量变换器，其中，测量管(10)和逆振荡器(20)彼此基本定向。
51.根据权利要求50所述的测量变换器，其中，逆振荡器在操作期间也至少间歇地执 行围绕弯曲振荡轴线的弯曲振荡。
52.根据权利要求48至51之一所述的测量变换器，其中，测量管在操作期间至少间歇 地执行围绕与所述弯曲振荡轴线基本平行特别是一致的扭转振荡轴线的扭转振荡。
53.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，测量管(10)在两个联接区(11#， 12#)之间以基本保持恒定的特别是环形的横截面延伸。
54.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，测量管(10)具有基本圆柱状的 特别是环形圆柱状的形状。
55.根据前述任一权利要求所述的测量变换器，其中，测量管(10)通过入口侧通入的 入口管件(11)以及通过出口侧通入的出口管件(12)与管道相通。
56.根据权利要求55所述的测量变换器，还包括固定在入口管件(11)和出口管件 (12)上的变换器外壳(30)。
57.根据权利要求1至55之一所述的测量变换器，其中，还包括变换器外壳(30)。
58.根据前面任一项权利要求所述的测量变换器在在线测量仪表中的应用，该在线测 量仪表用于测量和/或监控管道中流动的介质的至少一个参数，特别是质量流量m、密度P 和/或粘度Π，且该在线测量仪表特别是克里奥利质量流量计、密度计、粘度计等。
全文摘要
测量变换器，包括至少间歇地振动的测量管，用于引导待测介质；逆振荡器，其通过形成第一联接区而在入口侧固定在测量管上并且通过形成第二联接区而在出口侧固定在测量管上；至少一个振荡激励器，用于至少驱动测量管；和至少一个振荡传感器，用于检测至少测量管的振荡。在工作期间，测量管至少间歇地和/或至少部分地执行围绕虚拟的弯曲振荡轴的弯曲振荡，该虚拟的弯曲振荡轴将两个联接区虚拟地彼此连接。振荡传感器具有特别是固定在逆振荡器上的线圈以及与线圈磁耦合的永磁体，该永磁体放置在至少部分由导磁材料制成的磁杯的内部并且保持在杯底，特别是杯底固定在测量管上。另外，在本发明的测量变换器中，磁杯的杯壁特别是基本环形圆柱状或管状，且从杯底开始特别是基本沿着逆振荡器的方向延伸，该杯壁具有至少一条缝隙，该缝隙特别是至少部分沿着测量管相对于逆振荡器振荡的方向延伸。
文档编号G01F1/84GK101903754SQ200880121437
公开日2010年12月1日 申请日期2008年12月12日 优先权日2007年12月20日
发明者克里斯蒂安·许策, 恩尼奥·比托, 沃尔夫冈·德拉赫姆, 迈克尔·富克斯, 迈克尔·维斯曼, 阿尔弗雷德·里德 申请人:恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司