专利名称：用于测量变送器的磁路布置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁路布置，其适用于振动型测量变送器，特别是科里奥利质量流量变送器。
为了确定管道中流动的流体特别是液体的质量流量，经常使用科里奥利质量流量计，已知这些仪表利用由所连接的控制及分析电子装置驱动的相应振动型测量变送器在流体中引起科里奥利力，并且使用这些力产生代表质量流量的测量信号。
这种科里奥利质量流量计早为人们所知并且在工业上应用。在例如EP-A 1 154 243、US-A4,876,898、US-A4,801,897、US-A5,048,350、US-A5,301,557、US-A5,394,758、US-A5,549,009、US-A5,796,011或WO-A02/099363中记载了这种具有测量变送器的科里奥利质量流量计，测量变送器包括-双管布置，具有--在工作中振动的第一变送器管，和--在工作中振动的第二变送器管，--其中振动的变送器管基本上相互反相振荡，并且--其中两个变送器管中至少一个与管道相通，-振荡激励器，用于驱动变送器管，以及-振荡传感器，用于检测变送器管的入口侧和出口侧振荡，并且用于产生至少一个受质量流量影响的电传感器信号，-其中振荡激励器和/或振荡传感器具有至少一个磁路布置，用于将电能转换为机械能或将机械能转换为电能，-其中所述至少一个磁路布置包括--至少一个线圈，固定至测量变送器的第一振动变送器管，至少间歇性通过电流并且至少间歇性由磁场穿过，并且利用至少一对电导线而与科里奥利质量流量计的测量仪表电子装置相连，以及--电枢，固定至测量变送器的第二振动变送器管，并且与至少一个线圈共同作用。
通常对于这种测量变送器，两个变送器管利用入口侧分配件和出口侧分配件和/或利用入口侧节点盘和出口侧节点盘机械连接在一起。
已经知道，在被以所谓的“有效模式”激励为依据第一自然振荡形式的弯曲振荡时，这种测量变送器的弯的或直的变送器管可以在其中流经的流体中引起科里奥利力。这导致所谓的“科里奥利模式”弯曲振荡被叠加在激励的有效模式弯曲振荡上，并且因而，利用入口侧和出口侧振荡传感器记录的振荡具有依赖于质量流量的可测量相差。
通常，变送器管在工作中被激励为瞬时谐振频率，特别是振幅被调节为恒定，使得它们基本上垂直于通过两个变送器管确定的双管布置的纵向重力线而振荡。由于变送器管的谐振频率还依赖于流体的瞬时密度，所以现有的科里奥利质量流量计除了质量流量外，还测量流动的流体的密度。
在上述测量变送器的磁路布置的情况中，电枢和相关联的线圈通常都直接固定至双管布置，使得在操作中都跟随相关联的变送器管的运动。这意味着线圈重复地相对于附近的固定位置移动，与线圈连接的电导线在该固定位置在测量变送器上被拦截。
为了防止例如由于重复升高或者不断交替的弯曲负荷而使这些导线机械过载，已经实现或讨论了特殊的措施，用于在现有的测量变送器中安排导线。
于是，为了最小化这种电导线的振荡运动的幅度，它们通常被直接支持在固定线圈的变送器管上，并且沿该变送器管延伸直到达到夹持位置，振动的变送器管在该夹持位置受到限制，使得它在工作期间不再振荡运动。在具有由流体流过的两个变送器管的双管布置的情况中，电源导线的拦截可以例如在所述的分配件附近，该分配件将流体分入两个连接的变送器管中或者然后再将它们重新联合。除了通过将导线直接放置在变送器管上而影响管的振荡特性的事实之外，当测量变送器用于测量高温流体时甚至不可能发生这种移位。
例如在US-A4,738,143或US-A4,876,898中记载了在特别是在高温应用的情况中遇到的问题的一种可能的补救措施，用于避免馈电线的机械过载，特别是在适用于高温流体的测量变送器的情况。对于公开的测量变送器，可以例如在高于400℃的温度范围中使用，利用弹性弯曲且导电的其中插入馈电线的弹簧元件，使得电导线的振荡运动在相对短的导线段中是令人放心的。每一弹簧元件为此在第一端机械且电地耦合至线圈，并且在第二端电绝缘地耦合至容纳测量变送器的外壳或者固定至外壳的支持框架。于是，从弹簧元件的这里用作对于馈电线的固定点的第二端，馈电线现在实际上完全与线圈的振荡运动解耦，并且进一步以合适的方式延伸，例如作为导电迹线和/或绝缘导线延伸。
由于在非常高的温度下施加的恒定弯曲负载，弹簧元件必须具有相对较高的主要依赖于温度的弹性，以及对于非常高的抗老化能力。建议镍合金作为用于弹簧元件的材料。一方面，弹簧元件必须在很长的时间上机械稳定。然而另一方面，弹簧元件不能太难于弯曲，因为否则变送器管的弯曲振荡的影响以及测量变送器对于待记录参数的灵敏度将有可能达到不期望的高度。为了能够至少大致满足所有这些需求，特别是为了获得需要的可靠性，弹簧元件的制造相对昂贵。于是，需要付出非常高的技术努力来将它们安装在变送器管上，并且正如上面提到的，安装在变送器外壳上等。
用于避免馈电线过载的另一种可能性例如在US-A5,359,872或WO-A02/088641中有所公开。在公开的测量变送器的情况中，为磁路布置提供的线圈被利用固定至特定双管布置的变送器管的弯曲弹性支架固定在测量变送器中，使得线圈与振动的变送器管无关地停留在其静止位置。因此，馈电线在测量变送器工作期间也仅仅经受可忽略的振荡相关弯曲负载。然而，已经发现，在这种磁路布置的情况中，特别是产生的传感器信号可能受到相当程度的失真，这一方面与磁场被引导的方式有关，另一方面还可以追溯到磁路布置本身的寄生振动。
本发明的一个任务是改进用于特别是可用于高温流体的所述类型测量变送器的磁路布置的导线的支架和布线，使得馈电线具有较长的寿命同时具有较高的可靠振荡次数，并且支架本身是机械鲁棒的并且具有相对简单的结构，而不以能引起注意的程度降低测量变送器对参数的敏感度。
为了解决这个任务，在第一变型中，本发明在于一种用于将电能转换为机械能和/或将机械能转换为电能的磁路布置，该磁路布置包括-线圈，其固定至测量变送器的工作中振动的第一变送器管，并且在工作中流过电流，--其中线圈利用至少一对电线电连接至测量变送器的测量仪表电子装置，-磁材料电枢，固定至测量变送器的工作中振动的第二变送器管，-其中线圈和电枢通过磁场相互作用，和-支架，利用至少一个弹性第一臂固定至第一变送器管并利用至少一个弹性第二臂固定至第二变送器管，用于与磁路布置相连的电线，
--其中两条臂在变送器管的远处机械连接在一起，并且--其中与线圈电连接的至少一对导线固定至支架的两条臂之一。
另外，在第二变型中，本发明在于一种支架，其用于引导至振动型测量变送器的电线和/或用于为振动型测量变送器提供的线圈，该支架包括-至少一条弹性第一臂，固定至测量变送器的第一变送器管，和-至少一条弹性第二臂，固定至测量变送器的第二变送器管，-其中两个变送器管在测量变送器工作期间振动，形成具有纵向重力线的双管布置，所述重力线位于在特别是平行的两个变送器管之间延伸的假想中间平面，并且支架的两条臂基本上刚性地相互连接在远离变送器管的连接位置，使得--支架具有可预定机械谐振频率的第一本征模，固定至第一变送器管的第一臂和固定至第二变送器管的第二臂以该谐振频率基本垂直于双管布置的中间平面摆动，以及--支架具有可预定机械谐振频率的第二本征模，固定至第一变送器管的第一臂和固定至第二变送器管的第二臂以该谐振频率基本平行于双管布置的中间平面摆动，以及-其中第一本征模的谐振频率与第二本征模的谐振频率不同。
另外，在第三变型中，本发明在于一种支架，其用于引导至振动型测量变送器的电线和/或用于为振动型测量变送器提供的线圈，该支架包括-至少一条弹性第一臂，固定至测量变送器的第一变送器管，和-至少一条弹性第二臂，固定至测量变送器的第二变送器管，-其中两个变送器管在测量变送器工作期间被激励为以有效模式机械振荡，使得它们基本相互反向振荡，-其中支架的两条臂在远离两个变送器管之一的连接位置基本刚性地相互连接，并且-其中支架具有第一本征模，第一本征模的机械谐振频率比以有效模式振荡的变送器管的最低机械谐振频率低，优选地低10％或更多。
根据第四变型，本发明在于一种用于将电能转换为机械能和/或将机械能转换为电能的磁路布置，该磁路布置包括-磁材料电枢，固定至振动型测量变送器的工作中振动的变送器管，-线圈，其在工作中流过电流并且利用磁场与电枢相互作用，-其中线圈包括绕组线，其环绕在不导电的特别是圆柱体的线圈体上并且利用至少一对电线连接至测量变送器的测量仪表电子装置，并且-其中至少一个线圈的线圈体具有外螺纹，绕组线特别是单层地位于该外螺纹中。
在本发明的第一发展中，至少支架臂具有线性热膨胀系数小于17×10-6/K的材料。
在本发明的第二发展中，支架进一步包括固定至第一变送器管的至少一个弹性第三臂和固定至第二变送器管的至少一个弹性第四臂。
在本发明的第三发展中，两个变送器管在工作期间至少间歇性地以具有机械谐振频率的有效模式振荡，特别是相互反相。
在本发明的第四发展中，测量变送器用作用于连通管中流动的流体的质量流量变送器，其中待测流体在测量变送器工作期间可以流经两条变送器管中的至少一条。
在本发明的第五发展中，测量变送器用作用于连通管中流动的流体的密度变送器，其中待测流体在测量变送器工作期间可以流经两条变送器管中的至少一条。
在本发明的第六发展中，测量变送器用作用于连通管中流动的流体的粘度变送器，其中待测流体在测量变送器工作期间可以流经两条变送器管中的至少一条。
在本发明的第七发展中，外螺纹的螺距大于绕组线的导线直径。
在第一变型的第八发展中，与线圈电连接的至少一对导线固定粘附于支架。
在第一变型的第九发展中，与线圈电连接的至少一对导线内嵌于涂覆在支架的一条臂上的绝缘层。
在第一变型的第十发展中，与线圈电连接的至少一对导线利用玻璃层固定至支架。
在第一变型的第十一发展中，与线圈电连接的至少一对导线利用陶瓷层固定至支架。
在第一变型的第十二发展中，与线圈电连接的至少一对导线利用搪瓷层固定至支架。
在第一变型的第十三发展中，与线圈电连接的至少一对导线利用树脂固定至支架。
在第一变型的第十四发展中，与线圈电连接的至少一对导线利用粘合剂固定至支架。
在第一变型的第十五发展中，与线圈电连接的至少一对导线弯曲，特别是波浪形地固定至支架。
在第一变型的第十六发展中，磁路布置用作用于测量变送器的驱动变送器管的振荡激励器。
在本发明的第一变型的第十七发展中，磁路布置用作测量变送器的记录变送器管的振荡的振荡传感器。
在第二或第三变型的第七发展中，第一本征模的谐振频率被设置为比以有效模式振荡的变送器管的谐振频率高50％以上。
在第二或第三变型的第八发展中，第一本征模的谐振频率被选择为大于50Hz。
在第二变型的第九发展中，第一本征模的谐振频率被设置为低于第二本征模的谐振频率。
在第二变型的第十发展中，在测量变送器工作期间将两个变送器管激励为机械振荡，使得它们以有效模式彼此反相振荡，并且第一本征模具有最低谐振频率，该最低谐振频率小于以有效模式振荡的变送器管的最低振荡频率。
在本发明的第四变型的第一发展中，线圈还具有保护层，其覆盖围绕线圈体的绕组线并且由不导电的材料制成。
在本发明的第四变型的第二发展中，线圈体由陶瓷材料制成。
在本发明的第四变型的第三发展中，线圈体由玻璃材料制成。
在本发明的第四变型的第四发展中，保护层具有陶瓷材料。
在本发明的第四变型的第五发展中，保护层具有玻璃材料。
本发明的基本思想在于，一方面这样构造通常用于这种测量变送器，特别是科里奥利质量流量变送器或科里奥利质量流量/密度变送器的至少一个磁路布置，即振荡激励器和/或振荡传感器，使得其电导线在工作期间仅经受相对较小的机械负载。另一方面，本发明在于提供一种磁路布置，其对温度影响不敏感，并且其导线以及靠近高温变送器管放置的线圈耐高温。除此之外，本发明的另一个基本思想在于这样机械地构造一种磁路布置，使得其任何可能的振荡运动对于利用测量变送器产生的测量信号没有影响或者影响非常小。
本发明的支架以及本发明的磁路特别适用于振动型测量变送器的应用，特别是在通常直接放置在这种测量变送器的工作中振动的变送器管上的电机振荡激励器或电动振荡传感器的应用中。
现在根据附图中示出的实施例，详细解释本发明和附加的优点。相同的零件在图中以相同的附图标记给出。在有利于清晰的情况中，在后面的图中省去在前面的图中已经使用的附图标记。
图1显示了具有双管布置的振动型测量变送器的透视图；图2a显示了磁路布置的第一变型，其特别适用于图1所示的测量变送器并且利用支架固定至图1所示的双管布置；图2b显示了图2a的磁路布置的侧视图；图3显示了特别适用于图1所示的测量变送器的磁路布置的第二变型的透视图；图4a显示了特别适用于图1所示的测量变送器的磁路布置的第三变型的透视图；图4b显示了图4a的磁路布置的具有优点的进一步发展的透视图；图5以例子示意性显示了在图1的测量变送器处可测量的机械谐振频率的选择；图6a显示了图1的测量变送器中可用的线圈部分的透视图；和图6b显示了图6a的线圈部分的部分侧视图。
图1显示了振动型测量变送器，特别是科里奥利质量流量变送器、科里奥利质量流量/密度变送器或粘度/密度变送器等的实施例，其例如可以用于测量管道(未显示)中流动的流体的质量流量、密度和/或粘度。这种测量变送器用作相应的测量仪表中的物理-电测量转换器，已知它们用于在流经的流体中产生科里奥利力、惯性力和/或摩擦力，并用于检测由于这些力引起的反作用以及用于将它们转换为可电分析的测量信号。
为了引导待测流体，测量变送器包括双管布置21，该双管布置由第一变送器管211和特别地与第一变送器管211形状相同的第二变送器管212形成。正如在这种测量变送器中所常见的，变送器管211、212被简单地弯曲，例如为U形或V形，或者甚至弯曲为环路；如果需要，它们也可以是直的。正如在图1中所示，双管布置21进一步被这里是圆柱体的支持框架25可振荡地支持。
如图1所示，变送器管211、212优选地相互定位，使得在特别是相互平行的两个变送器管211、212之间延伸的虚拟中间平面E1实际上对应于双管布置21的第一对称面。除此之外，双管布置21具有纵向重力线，其位于在特别是相互平行的两条变送器管211、212之间延伸的虚拟中间平面E1并且基本对应于双管布置21的第一惯性主轴。另外，具有优点地这样形成双管布置21，使得它具有第二对称面E2，该第二对称面尽可能精确地这样与中间平面E1相交，使得双管布置21的垂直于上述第一惯性主轴的第二惯性主轴H也位于这个第二对称面E2。
对于工作中两条变送器管211、212要流经待测流体的情况，在两条变送器管211、212的入口侧和出口侧以本领域技术人员熟知的方式各自提供相应的分配件。这里未示出的分配件在安装的测量仪表中各自连接至运送流体的管道的直的入口侧部分或出口侧部分，并随后正如这种变送器所常见的，优选地相互对齐并对齐贯穿虚拟连接两个分配件的双管布置21的纵轴L。具有优点地，两个分配件可以插入支持框架25的相应端侧或者甚至集成在其中。对于测量变送器可松开地安装在管道中的情况，入口侧分配件还具有入口侧第一法兰215，出口侧分配件具有出口侧第二法兰216；然而，如果需要，分配件也可以例如通过焊接或铜焊而直接与管道相连。
对于两个变送器管211、212中只有一条在工作中通过流体的另一种情况，两个法兰215、216可以利用在入口侧和相应出口侧提供的入口或出口管连接元件而与两个变送器管211、212中的那一个耦合，例如在US-A5,549,009或WO-A02/099363中。
在测量变送器工作期间，正如已经叙述的，变送器管211、212被激励为以有效模式弯曲振荡，特别是以变送器管211、212的本征模的自然谐振频率，并且实际上正如在这种测量变送器中所常见的，使得变送器管211与变送器管212反相振动。已知在经过的流体中这样引起的科里奥利力引起额外的机械振荡，也称为科里奥利模式，其依赖于待测的质量流量m并且叠加在激励的有效模式振荡上，使得变送器管211、212被不对称地弹性形变。
如果需要，正如这种变送器所常见的，可以例如通过利用至少一个第一节点盘217在入口侧以及利用至少一个第二节点盘(未显示)在出口侧将变送器管211、212机械连接在一起，而将由振动的变送器管211、212在分配件入口侧和出口侧引起的任何机械应力最小化。另外，利用节点盘可以有目的地影响双管布置21的机械谐振频率。
为了驱动变送器管211、212，测量变送器包括至少一个振荡激励器22。它用于将从连接至测量变送器的测量仪表电子装置(未显示)馈送的电激励能Eexc转换为例如脉动或调谐的激励力Fexe，其对称地并因而同时且均一但是符号相反地作用在变送器管211、212上，并且因而产生变送器管211、212的相互反相振荡。可以以本领域技术人员熟知的方式，例如利用在测量仪表电子装置中提供的电流和/或电压调节电路，对激励力Fexc调幅；并且可以例如利用相应提供的锁相环对其调频。关于这一点，也请参见US-A4,801,987。
为了检测振动的变送器管211、212的振荡，测量变送器还具有入口侧第一振荡传感器23以及出口侧第二振荡传感器24。这两个振荡传感器23、24对于变送器管211、212的运动，特别是横向偏移起反应，并将相应的第一或第二振荡信号S23、S24发送至测量仪表电子装置。
图2a～4是适用于上述测量变送器的磁路布置，用于将电能转换为机械能和/或用于基于感生原理而将机械能转换为电能，其中根据本发明的磁路布置一方面可以用作检测机械振荡的振荡传感器23、24，另一方面可以用作产生机械振荡的振荡激励器22。
为了将机械能转换为电能或者将电能转换为机械能，磁路布置具有优选为圆柱体的至少一个线圈13，其在工作期间传送电流并且利用至少一对电线16与测量变送器的测量仪表电子装置电连接。正如在图2a中示意性显示的，线圈13包括不导电的特别是圆柱体的线圈体13A，其上缠绕利用至少一对电线16与测量仪表电子装置电连接的至少一条绕组线13B。在本发明的实施例中，线圈体13A由特别是耐高温的陶瓷和/或玻璃材料制成。在本发明的另一实施例中，绕组线13B由贵金属制成，特别是金、银和/或铂合金等。
另外，磁路布置包括至少一个电枢11，其固定至变送器管211并且在工作期间通过磁场与传送电流的线圈13相互作用。优选地，电枢11至少部分由硬磁，即可预磁化的材料制成，例如AlNiCo、NyFeB、SmCo或其它稀土合金。然而，电枢11的材料也可以是高速切削钢或结构钢，它们更为廉价。正如图2a所示，电枢11利用固定至变送器管211的抗弯第一角形件11A安装在双管布置21上。角形件11A可以例如焊接或铜焊至变送器管211。
磁路布置优选地为电动型，即这样的磁路布置，其中形成为导电回路的电导体，例如线圈13被利用至少一个永磁体(这里为电枢11)产生的磁场特别是垂直穿过，并且其中导电回路和永磁体彼此相对运动。然而，磁路布置也可以是电磁型，即这样的磁路布置，其中可彼此相对移动的两个铁磁体这样相对排列，使得在两个铁磁体之间形成的至少一个可变气隙被特别是均匀的磁场穿过高磁通密度。关于这一点，特别地参见EP-A 803 713。
为了使由磁路布置产生的磁场均匀，并且为了特别是在电枢11外部获得尽可能高的磁通密度，电枢11可以例如实施为杯状，其杯底为与杯壁同轴延伸的特别是硬磁的棒的形式。除此之外，例如在已经提到的杯壁的区域中并且对于这种磁路布置所常见的，电枢可以至少部分由软磁材料制成，例如铁素体、Corovac等。另外，为了引导磁场，线圈13可以放置在特别是与线圈13同轴定位的线圈杯中。
除了至少一个线圈13和至少一个电枢11之外，磁路布置还包括支架15，其用于将引导至测量变送器，特别是磁路布置自身的电线和/或至少一个线圈13机械地连接至双管布置21。
如图2a、2b中所示，为此支架15利用第一臂15A固定至第一变送器管211，并且利用基本相同或镜像对称形成的第二臂15B固定至第二变送器管212。另外，特别是弹性的两条臂15A、15B在它们远离双管布置21的末端利用例如棒形或盘形连接元件15C优选地刚性相互连接，使得两条臂15A、15B这样构成的连接位置与变送器管211、212以及支持框架25都间隔开。
对于变送器管211、212以上述方式相互反相振动的情况，支架15特别是由于固定至变送器管211、212的臂15A、15B的向外弯曲而形变，而臂15A、15B的对称轴基本上保持在自己的位置上。结果，通过臂15A、15B固定至双管布置21的连接元件15C通常也相对于中间平面E1保留在基本恒定的静止位置。
在本发明的第一变型中，线圈13固定在变送器管212上。如图2a或2b所示，在本发明的这个第一变型中，线圈13可以利用刚性固定至变送器管212的例如焊接或锡焊的第二角形件12A安装在双管布置21上。在本发明的这个第一变型的情况中，支架15用于固定引导至磁路布置的电线对16，使得从根据工作运动的线圈13传递到导线的振荡在相对短的导线上几乎被完全消除，从而作用的机械力基本保持在或尽可能不超过两条导线的机械耐破损量。
为此，与线圈13电连接的至少一对导线16固定至两条臂15A、15B之一，优选地固定至最靠近线圈13的臂15A，并且实际上使得两条导线从特别是靠近线圈13的臂15A或15B定位的第一固定点17A，沿臂15A或15B到达靠近或位于连接元件15C的第二固定点17B。具有优点的，两条导线还在两个固定点之间特别是完全固定至臂15A或15B。
为了减缓支架15的任何可能的由热引起的膨胀，在本发明的一个实施例中，导线沿弯曲路径，特别是弧形或波浪路径固定至臂15A或15B。
导线的固定可以以具有优点的方式例如使用耐热粘合剂或树脂粘附地实现。导线也可以以具有优点的方式通过内嵌于涂覆在臂15A或15B上的绝热特别是耐热层17，而固定至支架15，如图2a、2b中示意性示出的。这一方面以非常简单的方式实现了导线16的稳定耐久固定。另一方面将电绝缘材料用于内嵌层意味着在支架15的区域中，可以选择较为不持久的材料用于导线的绝缘，或者导线甚至可以是裸线。绝缘层17例如可以是适当施加的玻璃或玻璃焊料层、陶瓷层或搪瓷层等。
导线离开第二固定点17B，以具有优点的方式特别是自由延伸至支持框架25上的第三固定点17C。不考虑可能的与热相关的长度变化，这两个固定点之间的距离甚至当线圈13以上述方式移动时也保持基本恒定。如图1中示意性示出的，第三固定点17C可以例如利用安装在支持框架25上的夹持模块而实现。
通过以所述方式放置导线16，一方面保证这些导线的每一条都在预定范围内，即在第一和第二固定点17A、17B之间移动；另一方面保证与存在的连续交替负载无关，这些导线都不受到不可接受的高的程度的弯曲应力。
在本发明的另一实施例中，至少在绝缘层17的区域中，绕组线13B和与其连接的电线对16一体地构成，即作为单一的连续电线构成。
支架15或者可以一体制成，例如由冲印弯曲部件制成；或者制成多件。用于支架15的材料可以例如与用于变送器管211、212的材料相同。然而，优选地，特别是当测量变送器用于流体温度高于250℃的高温范围时，支架15由线性热膨胀系数小于17×10-6K-1的材料制成。
为了避免振动的变送器管211、212的振荡形式受到支架15的影响，它可以是适当地柔性的。为此，例如在工作期间共振的臂15A、15B可以由相应的薄板材制成。也是为了这个目的，本发明的一个实施例中，利用两条臂15C、15B将连接元件15C单独支持在测量变送器内部。
根据本发明的第二变型，使用支架15用于将磁路布置的至少一个线圈13支持在双管布置21上，这在例如US-A5,359,872或WO-A02/088641中也有所显示。在本发明的这个变型中，如图3或4所示，磁路布置还可以包括第二线圈14，其相应地与固定在变送器管212上的第二电枢12共同作用。
关于这一点作的研究显示，无论是在用于将磁路布置的线圈固定至双管布置21的上述方式中，还是在用于安装电导线的其它上述方式中，支架15的使用都对于制造整个磁路布置以及将其固定至双管布置21的精确度有很高的要求。特别地，必须注意尽可能准确地维持先前提到的对称特性，特别是相对于第一和第二对称面E1、E2的对称。
另外，发明人还认识到，除了在测量变送器结构中得到尽可能高的对称度之外，支架15的机械振荡特性也必须与双管布置21的相匹配。
支架15自身具有第一本征模，该第一本征模具有可预定的机械谐振频率f1，固定至变送器管211或212的两条臂15A、15B以该频率基本相互反相地振荡。
在这个第一本征模中，两条臂15A、15B以摆动方式围绕支架15的在相关变送器管211形成的第一固定位置和在相关变送器管212形成的第二固定位置移动，并且实际上两条臂15A、15B基本垂直于双管布置21的中间平面E1振荡。
除此之外，支架还具有第二本征模，该第二本征模具有可预定的机械谐振频率f2，两条臂15A、15B也以该频率基本相互同相地振荡，但是这里，运动基本平行于双管布置21的中间平面E1。
根据本发明，这样确定对于两个本征模有效的弹簧刚性以及支架15的质量，使得第一本征模的谐振频率f1与第二本征模的谐振频率f2不同，这正是图5中的情况。在本发明的一个实施例中，选择第一本征模的谐振频率f1小于第二本征模的谐振频率f2。优选地，选择谐振频率f1小于等于谐振频率f2的90％。
在图2a或3所示的实施例的情况中，必须考虑两条臂15A、15B在每个振荡方向中独立作用的弹簧刚性，而可能安装有线圈的连接元件15C对有效质量的贡献很大。对于支架15的两个本征模有效的弹簧刚性以及支架15的各个机械谐振频率f1、f2例如可以以简单的方式另它们彼此不同，即，如图3所示，两条臂15A、15B中每一条的宽度远远大于这条臂的厚度。
在本发明的另一实施例中，如图4a所示，支架还包括固定至第一变送器管211的弹性第三臂15E和固定至第二变送器管212的至少一条弹性第四臂15F，其中两条臂15E、15F特别地用于提高谐振频率f2并被利用连接元件15C彼此机械耦合以及与另两条臂15A、15B机械耦合。
根据本发明的第三变型，这样定支架15的尺寸，使得其第一本征模的机械谐振频率f1小于以有效模式振荡的变送器管211、212的最低机械谐振频率，所述最低机械谐振频率可以等于馈送至振荡激励器22的激励电流的瞬时激励频率fexc。关于这一点，参见图5。
根据本发明的第二或第三变型的实施例，为了避免第一本征模的特别是谐波激励，这样选择其谐振频率f1，使得它小于或等于以有效模式振荡的变送器管211、212的最低机械谐振频率的90％，或者说，比以有效模式振荡的变送器管211、212的最低机械谐振频率低10％或更多。另外，关于这一点，已经发现，为了防止第一本征模的分谐波激励，优选地选择或设置其谐振频率f1，使得它尽可能多地高于以有效模式振荡的变送器管211、212的最低机械谐振频率的50％和/或高于激励频率fexe的50％。
根据本发明的第二或第三变型的另一实施例，选择第一本征模的谐振频率f1大于50Hz，从而在通用的电网电压范围中，实现对于可能的电网电压作用的或电网引导的干扰影响的确定频率间距。
图4b显示了磁路布置的另一实施例。这个实施例对于使用口径K40mm的变送器管和/或使用流体温度高于250℃的高温范围的测量变送器的情况特别具有优点，特别是其用作振荡激励器22。测量变送器内的高温除了变送器管211、212或测量变送器中安排的电导线(例如导线16)的上述高热度和/或热机负载之外，还造成了直接固定在变送器管211、212上的电枢11、12的显著加热。因此，这些在变送器管211、212温度非常高的应用在某些情况下必须放弃使用高渗透性的并因而非常适合的SmCo化合物。为了避免由于可用于这种高温应用的磁性材料，例如更耐热的AlNiCo化合物的强制的较低磁导通性，和/或由于变送器管的较大口径K，而对于磁路布置使用不合适的较大安装尺寸，根据本发明的第二或第三变型的另一发展，除了两个电枢/线圈对11、13和12、14之外，还提供了两个电枢/线圈对11’、13’和12’、14’，它们各自与其它两个电枢/线圈对11、13和12、13基本相同地构造(电枢/线圈对12、14和电枢/线圈对12’、14’在图4b中被隐藏)。为了保持对称，特别是相对于第一和第二对称面E1、E2的对称，在上述双管布置纵向重力线的方向上相邻的两个电枢-线圈对11、13、11’、13’或12、14、12’、14’中的每一个以距离第二惯性主轴相等的距离放置。另外，已经证明以下是具有优点的将在纵向重力线的方向上相邻的两个电枢-线圈对11、13、11’、13’或12、14、12’、14’尽可能靠近中间放置并且因而尽可能彼此靠近，以尽可能避免不期望振荡模式的不需要的激励。
为了以上述方式固定两个附加电枢/线圈对11’、13’和12’、14’，连接元件15C基本为平板形状，并且实际上它提供了足够的空间用于放置并固定在这里使用的四个电枢/线圈对。作为替代的，可以在支架15中提供与基本棒状的连接元件15C基本等同的附加连接元件15G。如图4b中清楚地示出的，这个连接元件15G与变送器管211、212以及连接元件15C分离，并且与其基本平行地延伸且相应地固定至两条臂15E、15F。另外，为了增加其稳定性，支架15除了臂15A、15B、15E、15F之外，还可以具有第五臂15H，如图4b所示，其在中心固定至变送器管211并且在其远离变送器管211的末端与两条臂15A、15E相连，还具有以相同的方式在中心安装在变送器管212上的第六臂15I，其类似地在其远离变送器管212的末端与两条臂15B、15F相连。
为了进一步改进线圈的耐热性，伴随增加它们的机械强度，根据本发明的第四变型，至少一个线圈13的线圈体13A还具有外螺纹13C，绕组线13B特别地单层位于外螺纹中。关于这一点，另外还证明选择外螺纹13C的螺距大于绕组线13B的线直径D是具有优点的。
另外，根据本发明的第四变型的具有优点的实施例，线圈13具有由不导电材料构成的保护层13D，其涂覆缠绕在线圈体13A上的绕组线13B。关于这一点，绕组线13B也可以是不需要绝缘的裸线。根据本发明的具有优点的进一步发展，保护层13D由特别地耐高温陶瓷和/或玻璃材料形成。
尽管已经在附图和前面的说明中详细说明了本发明，但是这种说明应被看作是示例性的并且不作为限制，应当理解，仅仅显示了示例性实施例，并且落在这里描述的本发明的精神和范围之内的所有改动和修改都受到保护。
权利要求
1.支架，用于引导至振动型测量变送器的电线和/或用于为振动型测量变送器提供的线圈，该支架包括-至少一条弹性第一臂(15A)，固定至测量变送器的第一变送器管(211)，和-至少一条弹性第二臂(15B)，固定至测量变送器的第二变送器管(212)，-其中两个变送器管(211，212)形成具有纵向重力线的双管布置(21)，所述重力线位于在特别是相互平行的两个变送器管(211，212)之间延伸的假想中间平面，并且支架的两条臂(15A，15B)特别是基本刚性地在远离两条变送器管(211，212)的连接位置(15C)相互连接，使得--支架具有可预定机械谐振频率f1的第一本征模，固定至第一变送器管(211)的第一臂(15A)和固定至第二变送器管(212)的第二臂(15B)以该谐振频率基本垂直于双管布置(21)的中间平面摆动，以及--支架具有可预定机械谐振频率f2的第二本征模，固定至第一变送器管(211)的第一臂(15A)和固定至第二变送器管(212)的第二臂(15B)以该谐振频率基本平行于双管布置(21)的中间平面摆动，以及-其中第一本征模的谐振频率f1与第二本征模的谐振频率f2不同。
2.支架，用于引导至振动型测量变送器的电线和/或用于为振动型测量变送器提供的线圈，该支架包括-至少一条弹性第一臂(15A)，固定至测量变送器的第一变送器管(211)，和-至少一条弹性第二臂(15B)，固定至测量变送器的第二变送器管(212)，-其中两个变送器管(211，212)在测量变送器工作期间被激励为以有效模式机械振荡，使得它们至少间歇地基本相互反向振荡，-其中支架的两条臂(15A，15B)在远离两个变送器管(211，212)的连接位置特别是基本刚性地相互连接，并且-其中支架具有第一本征模，第一本征模的机械谐振频率比以有效模式振荡的变送器管(211，212)的最低机械谐振频率低，特别是低10％或更多。
3.磁路布置，用于将电能转换为机械能和/或将机械能转换为电能，该磁路布置包括-至少一个线圈(13)，其固定至测量变送器的工作中振动的第一变送器管(211)，并且在工作中流过电流，--其中线圈(13)利用至少一对电线(16)电连接至测量变送器的测量仪表电子装置，-磁材料制成的电枢(11)，固定至测量变送器的工作中振动的第二变送器管(212)，-其中线圈(13)和电枢(11)在工作中通过磁场相互作用，和-支架(15)，特别是根据权利要求1或2的支架，利用至少一个弹性第一臂(15A)固定至第一变送器管(211)并利用至少一个弹性第二臂(15B)固定至第二变送器管(212)，用于与磁路布置相连的电线，--其中两条臂(15A，15B)在变送器管(211，212)的远处相互机械连接，并且--其中与线圈(13)电连接的至少一对导线固定至支架(15)的两条臂(15A，15B)之一。
4.磁路布置，用于将电能转换为机械能和/或将机械能转换为电能，该磁路布置包括-磁材料制成的电枢(11)，固定至振动型测量变送器的工作中振动的变送器管(212)，-至少一个线圈(13)，其在测量变送器工作中流过电流并且通过磁场与电枢(11)相互作用，-其中至少一个线圈(13)，包括绕组线(13B)，其环绕在不导电的特别是圆柱体的线圈体(13A)上并且利用至少一对电线与测量变送器的测量仪表电子装置电连接，并且-其中至少一个线圈(13)的线圈体(13A)具有外螺纹(13C)，绕组线(13B)特别是单层地位于该外螺纹中。
5.根据权利要求1所述的支架，其中变送器管(211，212)在工作期间至少间歇地以具有机械谐振频率的有效模式特别是彼此反相振荡。
6.根据权利要求2所述的支架，其中支架具有可预定机械谐振频率的第二本征模，并且其中第一本征模的谐振频率f1与第二本征模的谐振频率f2不同。
7.根据权利要求1或2所述的支架，其中设置第一本征模的谐振频率f1比以有效模式振荡的变送器管(211，212)的谐振频率高50％以上。
8.根据权利要求1或2所述的支架，其中设置第一本征模的谐振频率f1低于第二本征模的谐振频率f2。
9.根据权利要求1或2所述的支架，其中选择第一本征模的谐振频率f1大于50Hz。
10.根据权利要求1或2所述的支架，其中至少支架的臂由线性热膨胀系数小于17×10-6/K的材料制成。
11.根据权利要求1或2所述的支架，其中支架进一步包括固定至第一变送器管(211)的弹性第三臂(15E)和固定至第二变送器管(212)的至少一条弹性第四臂(15F)。
12.根据权利要求1或2所述的支架，用于在振动型测量变送器的至少间歇振动的变送器管上支持至少两个线圈(13，14)。
13.根据权利要求3所述的磁路布置，其中与线圈(13)电连接的至少一对导线(16)粘附地固定在支架(15)上。
14.根据权利要求3所述的磁路布置，其中与线圈(13)电连接的至少一对导线(16)内嵌于涂覆在支架(15)的一条臂上的绝缘层中。
15.根据权利要求3所述的磁路布置，其中与线圈(13)电连接的至少一对导线(16)利用玻璃层固定在支架(15)上。
16.根据权利要求3所述的磁路布置，其中与线圈(13)电连接的至少一对导线(16)利用陶瓷层固定在支架(15)上。
17.根据权利要求3所述的磁路布置，其中与线圈(13)电连接的至少一对导线(16)利用搪瓷层固定在支架(15)上。
18.根据权利要求3所述的磁路布置，其中与线圈(13)电连接的至少一对导线(16)利用树脂固定在支架(15)上。
19.根据权利要求3所述的磁路布置，其中与线圈(13)电连接的至少一对导线(16)利用粘合剂固定在支架(15)上。
20.根据权利要求3所述的磁路布置，其中与线圈(13)电连接的至少一对导线(16)弯曲地，特别是曲折地敷设固定在支架(15)上。
21.根据权利要求3所述的磁路布置，具有根据权利要求1或2所述的支架。
22.根据权利要求4所述的磁路布置，其中外螺纹(13C)的螺距大于绕组线(13B)的线直径。
23.根据权利要求4所述的磁路布置，其中线圈(13)还具有保护层(13D)，其覆盖缠绕在线圈体(13A)上的绕组线(13B)并且由不导电材料制成
24.根据权利要求4所述的磁路布置，其中线圈体(13A)由陶瓷材料制成。
25.根据权利要求4所述的磁路布置，其中线圈体(13A)由玻璃材料制成。
26.根据权利要求4所述的磁路布置，其中保护层(13D)由陶瓷材料制成。
27.根据权利要求4所述的磁路布置，其中保护层(13D)由玻璃材料制成。
28.根据权利要求3或4所述的磁路布置，用作驱动变送器管(211，212)的振荡激励器。
29.根据权利要求3或4所述的磁路布置，用作检测变送器管(211，212)的振荡的振荡传感器。
30.根据权利要求3或4所述的磁路布置在用于测量流动流体的振动型测量变送器，特别是科里奥利质量流量变送器、密度变送器和/或粘度变送器中的应用，其中在测量变送器工作期间允许待测流体流经两条变送器管(211，212)中的至少一条。
全文摘要
本发明涉及一种支架，用于引导至振动型测量变送器的电导线和/或位于振动型测量变送器上的线圈。该支架包括在测量变送器的第一变送器管(211)上固定的至少一个弹性第一臂(15A)和在测量变送器的第二变送器管(212)上固定的至少一个弹性第二臂(15B)，其中在测量变送器的操作期间引起振动的两个变送器管形成具有纵向重力线的双管布置(21)，所述重力线位于在特别是相互平行的两个变送器管(211，212)之间假想分布的中间平面中，并且支架的两个臂(15A，15B)在远离两个变送器管(211，212)之一的连接位置(15C)基本上刚性地相互连接，使得支架具有可预定机械谐振频率f
文档编号H01F5/02GK1798959SQ200480007674
公开日2006年7月5日 申请日期2004年3月18日 优先权日2003年3月21日
发明者恩尼奥·比托, 格哈德·埃克特 申请人:恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司