科里奥利质量流量测量设备或密度测量设备的制作方法

本发明涉及一种科里奥利质量流量测量设备和/或密度测量设备(下文称为cmd)，包括：至少两个弯曲测量管、至少一个致动器装置以及至少一个传感器装置；

收集器，一个收集器处于测量管的入口端，另一个处于测量管的出口端，其中测量管结合入口端和出口端收集器，其中入口端和出口端收集器被稳定地体现为使得每个都满足节点板功能；支撑主体支撑体，支撑主体支撑体将入口端收集器和出口端收集器彼此刚性地连接；以及每种情况下至少一个，尤其是两个或者更多的入口端和出口端耦合器，其中测量管借助耦合器彼此成对地连接，以便形成振荡器，其中耦合器被布置成在测量管轴线的方向中彼此隔开并且与收集器隔开，其中在每种情况下，耦合器具有用于通过耦合器连接的测量管的两个管开口，通过这种开口引入测量管，其中测量管沿它们的外围至少部分地连接耦合器，其中致动器装置适合在振荡器的两个测量管之间激励弯曲振荡所需模式，并且传感器装置适合记录振荡器的振荡。

背景技术：

弯曲振荡所需模式的共振频率为流经测量管的介质的密度的测量值。传感器装置的两个传感器信号之间的相位差取决于质量流量。

例如，在de102011006971a1、de102011006919a1、us2013/0319134a1和us8,281,668b2和us6,415,668b1，以及us5,370,k002和us2015/0033874a1中公开了本发明领域的cmd。通常，耦合器通过它们的测量管的耦合形成具有限定振荡特性的振荡器。

关于本发明的本发明领域的cmd的研究已经显示，它们的振荡器的振动仍向环境、尤其是所连接的流体管线耗散振荡能量。相反地，以相同的方式，干扰振动能够被输入耦合到振荡器中。两种效果都能够使cmd的性能显著地退化。

因此，本发明的目标在于提供一种cmd，在该cmd的情况下，能够改善或者防止上述干扰效果。

技术实现要素：

本发明的cmd包括：至少两个弯曲测量管，其中测量管具有测量管轴线，测量管轴线对在测量管之间延伸的第一镜像平面镜像对称地延伸；至少一个致动器装置；以及至少一个传感器装置；入口端和出口端，在每种情况下，收集器，其中使用收集器测量管被加入入口端和出口端，其中入口端和出口端收集器被稳定地体现为使得每个都满足节点板功能的方式；支撑体，支撑体将入口端收集器和出口端收集器彼此刚性地连接；以及入口端和出口端，每种情况下至少一个、尤其是两个或者更多个，板状耦合器，其中测量管借助耦合器彼此成对地连接，以便形成振荡器，其中，耦合器在每种情况下都具有用于通过耦合器连接的测量管的两个管开口，通过这种开口引入测量管，其中测量管沿它们的外围至少部分地连接耦合器，其中致动器装置适合在振荡器的两个测量管之间激励弯曲振荡所需模式，并且传感器装置适合记录振荡器的振荡，其中，入口端和出口端，在每种情况下，至少一个耦合器都在耦合器连接的测量管之间具有被封闭边缘围绕的调整开口，以影响振荡器的振荡特性。在这种情况下，封闭边缘尤其是在板状耦合器平面中延伸。

耦合器被布置成与收集器入口和出口端隔开。

关于入口和出口端存在多个耦合器的程度，这些耦合器被布置成在测量管轴线的方向中彼此间隔隔开。

通过适当地定位板状耦合器，对来自环境的振动的交叉敏感性，或者对环境、尤其是对所连接的流体管线的振荡能量耗散能够被降低至特定程度。然而，由于存在不同的交互机制，这些机制一方面包括力，另一方面包括力矩或者扭矩，这些力或者力矩或者扭矩作用在入口和出口端收集器上，两者不能仅通过一个控制参数、诸如耦合器的位置最优化地最小化。因而，这里的调整开口提供另外的自由度，通过这种自由度，能够很大程度上消除干扰、交互机制。

在本发明的进一步发展中，调整开口在第一镜像平面中具有测量管直径的至少30％，例如至少50％，并且尤其是至少75％的延伸。

在本发明的进一步发展中，调整开口在第一镜像平面中具有一定长度，该长度的平方不小于调整开口的面积的至少两倍，例如不小于其四倍，并且尤其是不小于其八倍。

在本发明的进一步发展中，调整开口位置处的测量管轴线的间隔不大于测量管的外径的1.5倍，尤其是不大于外径的1.3倍，并且优选地不大于外径的1.2倍。

在本发明的进一步发展中，至少一个耦合器在其耦合器平面中具有上凸包络，其面积不超过测量管横截面的外部面积的5倍，尤其是不超过其41/2倍，尤其是不超过其4倍。

在本发明的进一步发展中，在入口端以及在出口端，在每种情况下，由耦合器连接的测量管对的至少两个耦合器都具有这种调整开口。

在本发明的进一步发展中，在入口端以及在出口端，在每种情况下，由耦合器连接的测量管对的至少两个内部耦合器都具有这种调整开口，其中两个内部耦合器是离相应收集器最远的耦合器。

在本发明的进一步发展中，该至少一个调整开口基本上关于第一镜像平面对称。

在本发明的进一步发展中，在入口端以及在出口端，在每种情况下，至少一个耦合器的调整开口都关于第二耦合器特定耦合器法平面不对称，其中耦合器法平面平行于耦合器的最大惯性主轴，垂直于第一镜像平面地延伸，并且接触调整开口内垂直于第一镜像平面延伸的测量管轴线的连接线。

在本发明的进一步发展中，第一镜像平面中的该至少一个调整开口的最外延伸与耦合器法平面在耦合器法平面的第一侧上的间距小于在耦合器法平面的第二侧上的间距。

在本发明的进一步发展中，第一镜像平面中的调整开口的最外延伸与第一镜像平面中的耦合器的最外延伸在耦合器法平面的第一侧上的间距小于在耦合器法平面的第二侧上的间距。

在本发明的进一步发展中，在入口端处以及在出口端处，在每种情况下，至少一个耦合器都具有质心，质心从耦合器法平面离开一定间距，例如，其中该间距为耦合器法平面中的测量管轴线的间距的不小于4％，尤其是不小于其8％。

在本发明的进一步发展中，在入口端处以及在出口端处，在每种情况下，至少一个耦合器都具有最小上凸包络的形心，形心从耦合器法平面离开一定间距，例如，其中该间距为耦合器法平面中的测量管轴线的间距的不小于4％，尤其是不小于其8％。

在本发明的进一步发展中，在入口端处以及在出口端处，在每种情况下，第一耦合器和第二耦合器都具有耦合器特定耦合器法平面，在每种情况下，这些耦合器特定耦合器法平面都平行于垂直于第一镜像平面延伸的相应耦合器的最大惯性主轴地延伸，并且这些耦合器特定耦合器法平面接触在相应耦合器的调整开口内垂直于第一镜像平面延伸的测量管轴线的连接线，其中第一耦合器具有与其耦合器特定耦合器法平面隔开第一间距的第一质心，其中第二耦合器具有与其耦合器特定耦合器法平面隔开第二间距的第一质心，其中第一间距与第二间距不同，其中差异例如不小于两个间距中较小一个的5％，尤其是不小于其10％。

在本发明的进一步发展中，在入口端处以及在出口端处，在每种情况下，第一耦合器和第二耦合器具有耦合器特定耦合器法平面，耦合器特定耦合器法平面每个都平行于其耦合器的最大惯性主轴延伸，并且每个都垂直于第一镜像平面延伸，并且每个都接触其耦合器的调整开口内的垂直于第一镜像平面延伸的测量管轴线的连接线，其中在入口端处以及在出口端处，在每种情况下，第一耦合器都具有最小上凸包络曲线的第一形心，并且第二耦合器具有最小上凸包络曲线的第二形心，其中第一形心与其耦合器特定耦合器法平面隔开第一间距，其中第二形心与其耦合器特定耦合器法平面隔开第二间距，其中第一间距与第二间距不同，其中差异例如不小于两个间距中较小一个的5％、尤其是不小于其10％。

在本发明的进一步发展中，在入口端处以及在出口端处，在每种情况下，第一耦合器和第二耦合器都具有耦合器特定耦合器法平面，耦合器特定耦合器法平面每个都平行于其耦合器的最大惯性主轴延伸，并且每个都垂直于第一镜像平面延伸，并且每个都接触其耦合器的调整开口内的垂直于第一镜像平面延伸的测量管轴线的连接线，其中第一耦合器具有第一调整开口，其中第二耦合器具有第二调整开口，并且其中第一调整开口与第二调整开口的下列参数至少其中之一不同：调整开口的面积、调整开口的长度、调整开口的形心与其耦合器法平面的间距。

上述板状耦合器和调整开口的对称差异代表了能够用于最优化振荡器特性的其它自由度，其中诸如上文所述，主要关心最小化对来自环境的振动的交叉敏感性。这些对称差异能够被另外地用于最小化在振荡器上、尤其是在测量管和耦合器上发生的机械应力，继而有助于结构的长期稳定性、此外有助于测量值的可复制性。

在本发明的进一步发展中，在入口端处以及在出口端处，在每种情况下，至少一个调整开口都由边界区域限定，边界区域是在测量管的两侧上形成的测量管之间的部分的区域。

在本发明的进一步发展中，在每种情况下，由测量管形成的边界部分垂直于相应耦合器的最大惯性主轴具有形成调整开口的具体边缘部分的测量管半径的不小于10％、尤其是不小于20％、并且优选不小于30％的长度。

实际上，在传统耦合器的情况下，当测量管使用耦合器结合在其中时，在测量管之间的区域中发生最大应力。当现在根据本发明的进一步发展的测量管形成调整开口的边缘部分时，这意味着它们在该边缘部分中具有自由侧向表面，由此机械应力峰值在该区域中显著减小。

本发明的cmd的耦合器使得能够抑制来自cmd的振荡能量的输出耦合，并且抑制来自其中安装cmd的管道的干扰振荡的输入耦合。当在入口端处以及在出口端处，在每种情况下都提供具有两个调整开口的耦合器时，这种抑制尤其有效。尤其是在耦合器被实现为足够硬时，抑制这种振荡分量从测量管至收集器的传输，其由于对称效果仅稍微有助于振荡能量的输出耦合，然而，这种对称效果仍在测量管和收集器之间的连接上产生振荡应力。随着时间的过去，这种振荡应力能够导致连接损伤，并且导致所伴随的渗漏风险。至此，本发明的cmd由于最小化这些振荡应力也具有减少的由于渗漏导致的停机的风险。在给定材料厚度和给定调整开口长度的情况下，能够通过小调整开口面积实现耦合器的足够高硬度。

在本发明的进一步发展中，板状耦合器具有不超过测量管厚度的四倍、尤其是不超过三倍的材料厚度。

根据本发明的进一步发展，测量管包括金属材料，尤其是不锈钢材料。在每种情况下，耦合器或者收集器都包括关于热膨胀系数兼容的材料，尤其是相同的金属材料。

本发明的cmd能够包括一对、两对或者更多对耦合测量管，其中尤其是cmd的每对耦合测量管都能够根据测量管对的上述说明实施。

在本发明的进一步发展中，在入口端和出口端处，在每种情况下，cmd包括结合cmd的两个测量管对的测量管的收集器。

在本发明的进一步发展中，第一测量管对的第一镜像平面同时为本发明的cmd第二测量管对的第一镜像平面。

附图说明

现在将基于附图中所示的实施例的示例解释本发明，附图示出如下：

图1a至1c是用于解释本发明的说明的一些几何术语的cmd的略图；

图1d是用于本发明的说明的坐标系；

图2a是用于解释本发明的目标的cmd细节的示意性表示图；

图2b是用于解释耦合器位置对cmd设计的目标函数的影响的曲线图；

图2c是用于解释调整开口长度对cmd设计的目标函数的影响的曲线图；

图3a是本发明的cmd的耦合器的实施例的第一示例；

图3b是本发明的cmd的耦合器的实施例的第二示例；

图3c是本发明的cmd的耦合器的实施例的第三示例；

图3d是本发明的cmd的耦合器的实施例的第四示例；

图3e是本发明的cmd的耦合器的实施例的第五示例；

图4a是现有技术的cmd的耦合器中的机械应力分布的模拟结果；

图4b是本发明的cmd实施例的第一示例的耦合器中的机械应力分布的模拟结果；

图4c是本发明的cmd实施例的第二示例的耦合器中的机械应力分布的模拟结果；

图4d是现有技术的cmd的测量管中的机械应力分布的模拟结果；

图4e是本发明的cmd实施例的示例的测量管中的机械应力分布的模拟结果；

图5a是本发明的cmd的实施例的示例的简化透视总图；

图5b是图5a的视图的细节；以及

图5c是图5a和5b的本发明的cmd的实施例的示例的简化侧视图。

具体实施方式

首先，将基于图1a、1b、1c和1d解释在下文中使用的一些几何术语。

图1a示出cmd的两个平行测量管10a、10b部分的平面图。在图1b中示出沿图1a的切割平面b-b截取的相应截面图，而图1c示出沿图1的切割平面c-c截取的测量管中的一个的纵向截面图。测量管10a、10b具有在每种情况下都由最小横截面面积的管横截面的中点沿测量管方向限定的测量管轴线12a、12b。测量管关于在测量管轴线12a、12b之间延伸的第一镜像平面syz对称地延伸。

每个测量管轴线10a、10b都关于垂直于第一镜像平面syz延伸的第二镜像平面sxy对称地延伸。第一镜像平面syz和第二镜像平面之间的交叉线限定用于说明cmd的坐标系的y轴。第三平面szx垂直于第一和第二镜像平面延伸。在具有弯曲测量管的两个管cmd的情况下，该平面不是镜像平面。至此，第三平面的定位是任意的，但是其固定y轴线的零点。本发明的cmd在每种情况下都在入口端处以及在出口端处具有收集器，收集器通常与其对称轴线与z轴重合的基本上轴向对称的连接表面具有过程连接法兰。第三平面szx沿z轴与第一镜像平面syz交叉。相应地，第三平面szx沿x轴与第二镜像平面sxy交叉。

根据本发明，测量管10a、10b由图1a至1c中未示出的板状耦合器成对地连接。每个耦合器的最大惯性主轴、因而具有最大惯性力矩的轴线垂直于耦合器的质心位于其中的耦合器平面14延伸。耦合器平面14能够为正交于测量管轴线的平面；然而，不是绝对地要求如此。最大惯性主轴平行于第一镜像平面syz地延伸，并且尤其是位于第一镜像平面内。

垂直于第一镜像平面syz并且垂直于耦合器平面14地延伸有耦合器特定耦合器法平面16，耦合器平面14和测量管轴线12a、12b的连接线在其中重合。

通常在x方向中，并且实际上尤其是通过被布置在第二镜像平面sxy中的致动器发生对测量管的激励。

现在将基于图2a简要地解释本发明涉及的问题，图2a在侧视图中示出cmd100的入口端或者出口端。测量管110与收集器120连通，其与法兰122连接，其端面用于将cmd100连接至管道。测量管110通过内部耦合器132和外部耦合器134成对地连接。收集器120通过刚性支撑体124与处于cmd100另一端的第二收集器(未示出)连接，以便抑制收集器关于彼此的移动。

如箭头uy和uz所示，在x方向中激励的、因而在垂直于绘图平面的图2a的示意图中的测量管的振荡导致收集器120或与其连接的法兰122的耦合运动。这些运动能够使测量设备的性能退化，因此将被最小化。

例如，为了成功评估而将被最小化的目标函数obj为：

在这种情况下，在法兰122的面的面积上积分位置依赖移动向量(uy、uz)的平方量，并且使用该面的面积归一化该积分值。通过将该值的平方根除以x方向中的传感器移动us的量，定义了将被最小化的目标函数obj。传感器移动us为在图5c中示出其沿测量管的位置的振荡传感器142a、142b的移动。

内部耦合器132沿测量管的位置p1仅可有限地用作用于最小化目标函数obj的自由度，由于p1确定测量管的自由振荡长度，而且基本上共同确定包括测量管的振荡器的本征频率以及cmd100的敏感度其中角描述图5c中所示的振荡器的振荡传感器142a、142b的位置之间的相位差。

对此，外部耦合器134的位置首先为能够影响目标函数obj的剩余自由度。如图2b中所示，第二耦合器132沿测量管的位置p2实际上影响目标函数，并且能够找到最小值obj(p2)，其例如约为0.3025％。实际上该值并不差，但是其仍能被改进。

图2c现在示出耦合器132、134中的长度lc的调整开口对目标函数obj(lc)的影响，其中保持根据图2b确定的第二耦合器的最优位置。两个耦合器被相同地实施，并且在每种情况下都具有点组d2h的对称性。发现目标函数obj(lc)例如在30mm处具有例如在此为0.0122％的最小值。

耦合器以及调整开口的具体尺寸以及由此可实现的目标函数obj的值当然取决于例如将通过借助fem的模拟确定的cmd的其它参数，诸如测量管直径、测量管长度、测量管的弧高度以及耦合器的数量。

图3a-d示出本发明的cmd的230、330、430、530、530的示例的视图。在每种情况下，耦合器都包括平金属板，并且具有穿过金属板延伸的待耦合的测量管的两个管开口242、244；342、344；442、444；542、544，其中长度lc的调整开口在管开口之间延伸。例如，金属板的材料厚度约为待耦合的测量管的三倍管壁厚度。例如，通过硬焊料将测量管固定在管开口内。

所示耦合器230，330，430，530，630关于其它特性不同，其将在下文中解释：例如相对于根据上述定义平行于耦合器的最大惯性主轴延伸、并且在其中耦合平面与测量管轴线的连接线，并且耦合平面与测量管轴线的连接线在其中重合的耦合器法平面216，316，416，516，616对称偏移，其中测量管轴线在穿过管开口242、244，342、344，442、444，542、544的中点的耦合器平面中延伸。

图3a中所示的cmd耦合器230的实施例的第一示例具有点组d2h的对称性。因而，这里的调整开口246的形心和耦合器板的形心位于耦合器法平面216内。

与图3a相反，图3b中所示的cmd的耦合器330的实施例的第二示例包括其形心位于耦合器法平面316外部的调整开口346。

与图3a相反，在图3c中所示的本发明的cmd的耦合器430的实施例的第三示例的情况下，调整开口446的形心以及耦合器的形心两者都被布置在耦合器法平面416外部。

与图3a相反，图3d中所示的本发明的cmd的耦合器530的实施例的第四示例包括其形心位于耦合器法平面516外部的调整开口546。此外，管开口542、544的圆周与调整开口546的重叠区域交叉，使得调整开口546与这些管开口连接。垂直于耦合器法平面的重叠区域的长度例如不小于管开口542、544的半径的10％，尤其是不小于其20％，并且优选地不小于其30％。在cmd中的耦合器的安装状态下，测量管穿过管开口延伸，其然后在重叠区域中形成调整开口的边缘部分。在重叠区域中，测量管保持无焊料。

在图3e中所示的本发明的cmd的耦合器630的实施例的第五示例的情况下——诸如在实施例的第四示例的情况下——调整开口646与这些管开口连接。与图3d相反，这里的调整开口646在中心区域中包括延伸至管开口642、644的加宽部分，使得调整开口546与这些管开口连接。例如，垂直于耦合器法平面的加宽部分的长度lh不小于管开口642、644的半径的10％，尤其是不小于其20％，并且优选地不小于其30％。

在cmd中的耦合器的安装状态下，测量管穿过管开口延伸，从而形成调整开口的边缘部分。在该部分中，测量管保持无焊料。

能够视需要尽可能多地组合基于图3a-e中所示的设计自由度，诸如与图3a中所示的对称的偏离的存在或者量，或者调整开口与管开口的圆周之间的重叠区域的存在或者量。此外，管开口也能够具有从圆形形状偏离的横截面，例如椭圆形的。

从耦合器设计的对称性的偏离和/或不同耦合器之间的设计差异使得能够进一步最小化在耦合器上产生的应力，这有助于cmd的测量特性的长期稳定性。

测量管的互相面对的外表面段、尤其是接近耦合器法平面的部分在振荡状态下具有最大应力。因此，该区域中的接点、例如焊接连接点可能暴露于大的应力，这是导致其疲劳的一个因素。具有向调整开口的管开口的耦合器防止了这种问题，因为暴露于大应力的外表面段能够自由地移动。

图4a、4b和4c示出具有两个入口端和两个入口端耦合器的cmd的耦合器中的机械应力分布的模拟结果。然而，数值不应被视为绝对值，因为使用极端夸大的振荡量来计算这些数值。在本情况下，重要的仅是相对值的比较。

在根据图4a的现有技术cmd的耦合器的情况下，最大应力发生在耦合器法平面附近的内部耦合器上，并且在给定测量管的振荡量的情况下例如约为6.5x10¹¹。

根据图4b的本发明的cmd包括其形心位于耦合器法平面内的调整开口的耦合器。在耦合力都必须被耦合器的调整开口的边缘吸收的范围内，所以发生比图4a的实心耦合器的情况更大的局部应力不令人惊讶。实际上存在例如为1.9x10¹²的最大值，其是实心耦合器的最大值的刚好约三倍。最大应力位于在测量管弧外部上凸地延伸的调整开口的窄的侧向边缘上。

在根据图4c的实施例的示例的情况下，内部和外部耦合器的调整开口的形心在测量管弧的上凸延伸内侧的方向中不同地远离耦合器法平面移位，因此，测量管弧的外部上的耦合器更硬。结果，与具有对称成型的调整开口的耦合器相比，这导致减小的最大应力。这种减小的最大应力发生在内部耦合器的调整开口的边缘的窄侧上，并且为1.3x10¹²，该量例如仍为图4b的cmd的耦合器的最大应力的70％。

图4d和4e示出在每种情况下具有两个入口端和两个出口端耦合器的cmd的测量管中的机械应力分布的模拟结果。如上所述，数值不应被视为绝对值。

在具有图4d中所示的实心耦合器的cmd的情况下，测量管的最大应力都发生在内部耦合器的耦合器法平面内或者附近，在每种情况下都在面对另一测量管的侧面上，并且在给定的测量管振荡量的情况下例如约为1.29x10¹²。

在图4e中所示的其耦合器具有调整开口的cmd的情况下，测量管的最大应力同样地发生在内部耦合器的耦合器法平面内或者附近，在每种情况下都在面对另一测量管的侧面上，并且在相同振荡量的情况下仅为9.46x10¹¹，因而很好地降低四分之一。这是相当大的改进。

图5a、5b和5c中所示的本发明的cmd100的实施例的示例具有两个平行、弯曲的测量管110a、110b，这两个测量管在入口端收集器120a和出口端收集器120b之间延伸，并且例如通过辊膨胀、硬焊或者焊接与其固定地连接。在收集器120a、120b之间延伸的是与收集器两者均固定连接的实心支撑管124，因此，收集器120a、120b彼此刚性地耦合。支撑管124包括通过其将测量管110a、110b从收集器引出并且引回到支撑管124的上部侧开口125a、125b。在每种情况下，测量管110a、110b都在入口端处以及在出口端处连接两个耦合器132a、134a、132b、134b，其中耦合器在测量管之间具有调整开口146。耦合器132a、132b、134a、134b限定用于测量管的振荡节点。在内部耦合器132a、132b之间，测量管110a、110b能够自由地振荡，使得内部耦合器的位置基本上共同确定由测量管110a、110b形成的振荡器的振荡特性，尤其是振荡器的振荡模式。

为了激励振荡，在cmd100的关于纵向方向或者z轴的中间的测量管之间布置激励器装置140，例如感应激励器机构，其例如包括一个测量管上的柱塞线圈、以及相对测量管上的柱塞电枢。为了记录测量管的振荡，关于激励器装置140对称地将第一传感器装置142a和第二传感器装置142b设置在纵向方向中，在每种情况下，激励器装置140都被实现为一个测量管上具有柱塞线圈、以及相对测量管上具有柱塞电枢的感应装置。本领域技术人员已知细节，并且不需要在此进一步详细地解释。(为了简明，仅在图5c中示出激励器机构和传感器装置的位置，并且在图5a和图5b中省略了。)

收集器120a、120b具有能够通过其将cmd安装在管道中的端子法兰122a、122b。通过法兰中的中心开口123b，穿过cmd100、尤其是其测量管110a、110b引入质量流量，以便测量质量流量。

在每种情况下，测量管110a、110b都在入口端处以及在出口端处与两个耦合器132a、134a、132b、134b连接，其中耦合器在测量管之间具有调整开口146。