ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВИБРАЦИОННОГО ТИПА
METERING CONVERTER OF VIBRATION TYPE

Изобретение относится к измерительному преобразователю вибрационного типа с комбинированной системой, содержащей состоящую, в частности, из металла первую деталь и соединенную с ней, состоящую, в частности, также из металла вторую деталь.
В промышленной технике измерений и автоматизации для высокоточной регистрации параметров протекающих в линиях, в частности трубопроводах, сред, в частности для регистрации гидродинамических и/или реологических параметров, нередко используются врезные измерительные приборы с измерительным преобразователем вибрационного типа, который содержит, по меньшей мере, одну сообщающуюся с направляющим среду трубопроводом, вибрирующую при работе измерительную трубу. Конструкция, принцип действия и возможности применения таких измерительных преобразователей вибрационного типа подробно и детально описаны, в том числе, в US-A 4127028, US-A 4524610, US-A 4768384, US-A 4793191, US-A 4823614, US-A 5253533, US-A 5610342, US-A 5796011, US-A 5705754, US-A 6006609, US-A 6047457, US-B 6168069, US-B 6314820, US-B 6352196, US-B 6374478, US-B 6397685, US-B 6450042, US-B 6487917, US-B 6516674, US-B 6519828, US-B 6523421, US-B 6598281, US-B 6666098, US-B 6698644, US-B 6711958, US-A 6769163, US-B 6851323, WO-A 03/048693, WO-A 05/050144 или в собственной, предварительно не опубликованной заявке DE 102004048765.0.
Измерительные преобразователи вибрационного типа служат, как известно, для того, чтобы во взаимодействии с подключенной к ним электроникой измерительного прибора создавать в среде, протекающей в данный момент, по меньшей мере, по одной измерительной трубе, соответствующие измеряемому параметру процесса реакционные силы, например соответствующие массовому расходу силы Кориолиса, соответствующие плотности инерционные силы или соответствующие вязкости силы трения и т.д., и формировать производный от них измерительный сигнал, соответствующий параметру процесса, например массовому расходу, вязкости и/или плотности среды. По меньшей мере, одна измерительная труба измерительного преобразователя выполнена для этого обычно герметичной от среды, в частности герметичной под давлением, и в большинстве случаев долговременно помещена в направляющий среду трубопровод, например, посредством соответствующих фланцевых присоединений. Для удержания, по меньшей мере, одной измерительной трубы с возможностью ее колебаний предусмотрен выполненный в большинстве случае очень жесткий на изгиб по сравнению с ней, трубчатый или рамный несущий элемент, например, из стали, который с впускной и выпускной сторон механически соединен с соответствующей измерительной трубой, например фиксирован непосредственно на ней. Как это принято у таких измерительных преобразователей и может быть вполне взято из приведенного уровня техники, несущий элемент посредством соответственно размещенных снаружи покрытий, например закрывающих трубу крышек или размещенных с боков листов, может быть укомплектован в корпус, размещающий в себе измерительный преобразователь, или сам может быть выполнен в виде корпуса измерительного преобразователя.
Для привода, содержащего, по меньшей мере, одну измерительную трубу измерительного преобразователя описанного рода, предусмотрено электрически соединенное с электроникой измерительного прибора устройство возбуждения с механически воздействующим на измерительную трубу, в частности электродинамическим или электромагнитным, возбудителем колебаний. При работе электроника измерительного прибора посредством соответствующих возбуждающих сигналов управляет устройством возбуждения подходящим образом так, что измерительная труба, по меньшей мере, временно совершает вибрации, в частности изгибные колебания и/или крутильные колебания. Кроме того, предусмотрено подающее измерительные сигналы колебаний сенсорное устройство, которое, по меньшей мере, при использовании измерительного преобразователя в качестве измерительного преобразователя кориолисова массового расходомера содержит, по меньшей мере, два удаленных друг от друга сенсорных элемента, реагирующих на вибрации измерительной трубы с впускной и выпускной сторон.
Наряду с возможностью одновременного измерения посредством одного и того же измерительного прибора таких параметров, в частности массового расхода, плотности и/или вязкости, другое существенное преимущество врезных измерительных приборов с измерительными преобразователями вибрационного типа состоит, в том числе, в том, что они в заданных рабочих пределах обладают очень высокой точностью измерений при сравнительно низкой чувствительности к помехам. Кроме того, такой измерительный прибор может быть использован для практически любой текучей среды и во множестве самых различных областях техники измерений и автоматизации.
У врезных измерительных приборов описанного рода, используемых в качестве кориолисовых массовых расходомеров, соответствующая электроника определяет при работе, в том числе, фазовую разность между обоими подаваемыми сенсорным устройством измерительными сигналами колебаний и подает на своем выходе производный от них сигнал, который представляет соответствующее временной характеристике массового расхода измеренное значение. Если, как это принято у подобных врезных измерительных приборов, должна быть измерена также плотность среды, то электроника определяет для этого с помощью измерительных сигналов колебаний моментальную частоту колебаний измерительной трубы. Кроме того, с помощью требуемой для поддержания колебаний измерительной трубы мощности, в частности соответствующего тока возбуждения для устройства возбуждения, можно измерить, например, также вязкость среды.
Для работы измерительного преобразователя, в частности также для дальнейшей обработки или оценки, по меньшей мере, одного измерительного сигнала, он, как уже сказано, электрически соединен с соответствующей электроникой. В промышленной технике измерений и автоматизации эта электроника к тому же нередко через подключенную систему передачи данных соединена с другими измерительными приборами и/или с удаленным центральным компьютером, куда она посылает сигналы измеренных значений, например, по цифровой шине данных. В качестве систем передачи данных при этом нередко служат, в частности, последовательные системы шин, например Profibus-PA, Foundation Fieldbus, и соответствующие протоколы передачи. Посредством центрального компьютера переданные сигналы измеренных значений могут быть обработаны и в качестве соответствующих результатов измерений визуализированы, например, на мониторах и/или преобразованы в управляющие сигналы для соответствующих исполнительных органов, например электромагнитных клапанов, электродвигателей насосов и т.д. Для размещения электроники такие врезные измерительные приборы содержат корпус, который, как это предложено, например, в WO-А 00/36379, может быть расположен на расстоянии от измерительного преобразователя и соединен с ним только гибким проводом или который, как это предложено, например, также в ЕР-А 1296128 или в WO-A 02/099363, расположен непосредственно на измерительном преобразователе, в частности на его уже упомянутом корпусе.
У измерительных преобразователей описанного рода на рынке зарекомендовали себя в основном два типа формы труб, а именно, с одной стороны, в основном прямые измерительные трубы, а с другой стороны, измерительные трубы, согнутые в основном в своей плоскости и среди них в основном S-, U- или V-образные, используемые чаще всего. В частности, у служащих для измерения массового расхода измерительных преобразователей кориолисовых массовых расходомеров у обоих типов форм труб по соображениям симметричности в большинстве случаев используются две в основном параллельные друг другу в исходном состоянии измерительные трубы, через которые в большинстве случаев также параллельно протекает среда. В качестве примера здесь можно сослаться на US-A 4127028, US-A 4768384, US-A 4793191, US-A 5610342, US-A 5796011 или US-B 6450042.
Наряду с измерительными преобразователями с такими сдвоенными измерительными трубами на рынке давно имеются также измерительные преобразователи с единственной прямой или согнутой измерительной трубой. Такие измерительные преобразователи вибрационного типа с единственной измерительной трубой описаны, например, в US-A 4524610, US-A 4823614, US-A 5253533, US-A 6006609, US-A 6047457, US-A 6168069, US-B 6314820, US-B 6397685, US-B 6487917, US-B 6516674, US-B 6666098, US-B 6698644, US-B 6711958, WO-A 03/048693 или в упомянутой собственной заявке DE 10354373.2. Каждый из описанных в этих публикациях измерительных преобразователей включает в себя, в том числе, имеющую впускной и выпускной концы, по меньшей мере, временно вибрирующую измерительную трубу, например, из стали, титана, тантала или циркония или соответствующих сплавов для ведения измеряемой среды, причем измерительная труба для пропускания среды сообщается через впадающий во впускной конец первый сегмент и впадающий в выпускной конец сегмент с присоединенным трубопроводом, причем измерительная труба при работе совершает механические колебания вокруг виртуально соединяющей оба сегменты трубы оси колебаний, а также выполненный в большинстве случаев с очень высокой изгибной жесткостью трубчатый или рамный несущий элемент, например, из стали для удержания измерительной трубы с возможностью колебаний, который посредством первого переходника фиксирован на первом сегменте, а посредством второго переходника - на втором сегменте трубы.
В описанном выше случае, когда используемый измерительный преобразователь представляет собой измерительный преобразователь с единственной измерительной трубой, в нем предусмотрен подвешенный в его корпусе, в частности, с возможностью колебания, фиксированный на измерительной трубе ответный вибратор, который, кроме удержания возбудителя колебаний и сенсорных элементов, служит для устранения колебательной связи между вибрирующей измерительной трубой и присоединенным трубопроводом. Изготовленный в большинстве случаев из недорогой стали ответный вибратор может быть при этом выполнен, например, в виде расположенного коаксиально измерительной трубе трубчатого компенсационного цилиндра или коробчатой несущей рамы. К описанным совокупностям признаков отдельных измерительных преобразователей следует еще добавить, что прямая измерительная труба или прямые измерительные трубы состоит/состоят в большинстве случаев из чистого титана, титанового сплава с высоким содержанием титана, чистого циркония или циркониевого сплава с высоким содержанием циркония, поскольку по сравнению с измерительными трубами из нержавеющей стали, которая у прямых измерительных труб сама по себе также возможна, обычно возникают более короткие конструктивные длины, и что согнутая измерительная труба или согнутые измерительные трубы состоит/состоят предпочтительно из нержавеющей стали, хотя и здесь в качестве материала измерительных труб возможен титан или цирконий или возможны их сплавы. Кроме того, в качестве материала измерительных труб принято также, например, применение тантала или соответствующих танталовых сплавов.
Как нетрудно вывести из предшествующих рассуждений, практически любой из описанных в приведенном уровне техники измерительных преобразователей содержит, по меньшей мере, одну, в частности би- или полиметаллическую, комбинированную систему, которая включает в себя первую деталь, например первый или второй наконечник, и проходящую, по меньшей мере, частично через первую деталь вдоль воображаемой продольной оси комбинированной системы вторую деталь, например измерительную трубу, причем обычно вторая деталь плоскостно контактирует выполненной в форме поверхности цилиндра внешней поверхностью с внутренней поверхностью первой детали, которая образована внутренней стенкой проходящего внутри первой детали отверстия. В равной мере измерительные преобразователи со сдвоенной измерительной трубой, как это описано, в частности, также в US-A 5610342, выполнены обычно из нескольких таких, в частности, биметаллических, комбинированных систем. Помимо комбинированной системы, образованной измерительной трубой и наконечником, в качестве дополнительных примеров таких, в частности, биметаллических, комбинированных систем следует назвать также соединение измерительная труба-фланец или соединение фланец-корпус измерительного преобразователя (US-B 6168069, US-B 6352196, US-B 6698644). Кроме того, такая комбинированная система может быть образована также за счет того, что, как описано также в US-B 6047457, между наконечниками на измерительной трубе может быть фиксировано, по меньшей мере, одно металлическое тело в форме кругового диска, которое служит частью устройства возбуждения или взаимодействует с ним. Кроме того, такие металлические тела могут служить также частью сенсорного устройства или в качестве элемента связи между измерительной трубой и предусмотренным, при необходимости, ответным вибратором.
К используемым в промышленной технике измерений и автоматизации измерительным преобразователям вибрационного типа предъявляются очень высокие требования в отношении точности измерений, составляющей обычно порядка 0,1% от измеренного значения и/или 0,01% от измеренного конечного значения. Для этого требуется очень высокая стабильность нулевой точки и очень высокая надежность подаваемых измерительных сигналов, особенно также при значительно изменяющихся при работе окружающих условиях, условиях зажима и/или эксплуатационных условиях. Как уже подробно обсуждалось выше в US-A 5610342, US-A 6047457, US-A 6168069, US-B 6519828, US-B 6598281, US-A 6698644, US-B 6769163, WO-A 03/048693 или в упомянутых выше собственных заявках DE 102004048765.0 или DE 10354373.2, значительное внимание придается при этом также механической прочности, в частности пределу выносливости при знакопеременном нагружении, с которой отдельные детали вышеназванной, образованной в измерительном преобразователе комбинированной системы фиксированы друг на друге. Уже минимальные отклонения прочности комбинированных систем от обнаруженной при калибровке ситуации могут иметь значительные, не поддающиеся овладению колебания нулевой точки и/или чувствительности и тем самым практически непригодные измерительные сигналы. Обычно такие погрешности нулевой точки, объясняемые явлениями разупрочнения в комбинированных системах, могут быть устранены только за счет встраивания нового врезного измерительного прибора. Особое влияние на стабильность нулевой точки и/или на готовность измерительного преобразователя оказывает при этом, как уже подробно обсуждалось в US-A 5610342, US-A 6047457, US-B 6168069, US-B 6598281, US-B 6634241 или WO-A 03/048693, вид закрепления измерительной трубы внутри внешнего несущего элемента и имеющегося, при необходимости, ответного вибратора.
Традиционно детали таких комбинированных систем, по меньшей мере, частично фиксируются друг на друге с материальным замыканием за счет паяных и/или сварных соединений. Так, например, еще в US-A 4823614 описано, что соответствующий конец измерительной трубы вставлен в соответствующее отверстие наконечника с впускной или выпускной стороны и фиксирован в нем за счет торцевой и задней сварки, пайки или высокотемпературной пайки (см. показанные на некоторых фигурах наплывы материала). Наконечники, в свою очередь, фиксированы во внешнем несущем элементе. Другие примеры таких комбинированных систем с соединениями с материальным замыканием приведены, в том числе, также в US-B 6168069, US-B 6352196, US-B 6519828, US-B 6523421, US-B 6598281, US-B 6698644 или US-B 6769163.
В частности, в описанном выше случае, когда первая деталь служит элементом связи между выполненной в качестве второй детали измерительной трубой и выполненной в виде ответного вибратора третьей деталью, при изготовлении измерительного преобразователя значительная проблема нередко заключается в том, что в зависимости от конструкции и/или предъявляемых к применению измерительного преобразователя требований вибропрочно должны быть соединены между собой, по меньшей мере, две детали, состоящие из отличающихся друг от друга металлов, например стали и титана. У биметаллических комбинированных систем, т.е. у таких, у которых, по меньшей мере, первая деталь и вторая деталь состоят из разных металлов, к сожалению, не всегда можно вполне надежно избежать возможных разупрочнений композиции. Как видно, например, из US-A 6047457, US-B 6168069, US-B 6352196, US-B 6598281, US-B 6634241, US-B 6523421 или US-B 6698644, у таких биметаллических комбинированных систем могут возникнуть проблемы в отношении предела усталости использованных тогда вследствие недостаточной свариваемости вынужденным образом паяных соединений, которые объясняются, в том числе, недостаточным смачиванием и/или чередующимися в радиальном направлении механическими нагрузками мест соединений. Причиной последнего особенно являются частично значительно отличающиеся друг от друга тепловые расширения деталей, будь то при изготовлении или при эксплуатации. В качестве другой проблемы таких паяных соединений с материальным замыканием в US-B 6519828 или в US-B 6598281 названо также изнашивающее материал вибрационное трение в зоне мест соединений.
Одна возможность снижения этого риска разупрочнения таких комбинированных систем, образованных, например, измерительной трубой измерительного преобразователя кориолисова массового расходомера и надетым на нее и фиксированным металлическим телом, может состоять согласно US-B 6698644 в том, что со стороны деталей в паяное соединение дополнительно вводятся сжимающие напряжения, в результате чего имеющее большую площадь паяное соединение между деталями стабилизируется. Другая возможность повышения предела усталости таких комбинированных систем состоит в том, чтобы фиксировать друг на друге детали с образованием прессового соединения. Так, уже в US-A 5610342 и WO-A 03/048693 уже предлагался способ фиксации измерительных труб в наконечниках, при котором каждый конец измерительной трубы вставляют в соответствующее отверстие наконечника с впускной и выпускной сторон и посредством помещенного в конец вальцовочного инструмента спрессовывают с внутренней стенкой отверстия, в частности, без подвода тепла, в результате чего между первой и второй деталями возникает высокопрочное соединение с фрикционным замыканием. Подходящий для этого способа вальцовочный инструмент описан, например, также в US-А 4090382 в рамках способа изготовления бойлеров или теплообменников. Другая возможность изготовления таких образованных посредством высокопрочных соединений с фрикционным замыканием комбинированных систем состоит в том, как это предложено, например, также в US-A 6047457, что первую деталь после ее надевания или насаживания на вторую деталь сдавливают снаружи посредством прессовочного инструмента и при этом подвергают смешанной пластически-упругой деформации ниже температуры рекристаллизации материала детали, в частности при комнатной температуре. Приложенные для этого деформационные усилия при этом выбраны так, что вторая деталь в основном не испытывает никаких уменьшений и/или сужений сечения, так что первоначальный внутренний диаметр второй детали сохраняется практически без изменений даже после изготовления комбинированной системы. Подходящее для спрессовывания устройство описано, например, в US-A 3745633. В качестве альтернативы пластически-упругому спрессовыванию такая образованная посредством фрикционного замыкания комбинированная система может быть изготовлена, например, также за счет того, что первую деталь, как это описано также в US-B 6598281 или US-B 6519828, насаживают в горячем состоянии на вторую деталь или стягивают со второй деталью через упругодеформируемые зажимные элементы.
Далее в US-B 6598281 или US-B 6519828 обсуждалось, что даже у прессовых соединений чисто с фрикционным замыканием из-за вибрационного трения надежно избежать возможного разупрочнения комбинированной системы можно не всегда. Кроме того, такие вибрационные трения приводят к коррозии материалов комбинированной системы в зоне контактирующих между собой поверхностей. Как указано в WO-A 03/048693, обычно разный характер расширения деталей упомянутых комбинированных систем, например, следовательно, наконечников и зажатых в них сегментов измерительной трубы, может привести к тому, что оказываемые первой деталью на вторую деталь зажимные усилия при колебаниях температуры, в частности при возможных термических ударах, которые могут возникать, например, при регулярно проводимых мероприятиях по очистке предельно горячими промывочными жидкостями, могут опуститься ниже критического значения. Это, в свою очередь, может означать, что первая и вторая детали из-за термически обусловленных расширений местами теряют вызванный вальцовкой, прессованием или термоусадкой механический контакт и тем самым комбинированная система может разупрочниться в недопустимой степени. Вследствие этого может снизиться сопротивление вырыванию комбинированной системы, и с помощью таких прессовых соединений не вполне можно гарантировать требуемую высокую стабильность нулевой точки измерительного преобразователя. Для устранения вызванных вибрационным трением между деталями недостатков комбинированной системы описанного рода в US-B 6598281 и US-B 6519828 предложено соответствующие детали после изготовления прессового соединения, в частности при применении служащего промежуточным слоем заполнителя, дополнительно соединить между собой с материальным замыканием, что, правда, может снова вызвать упомянутые, связанные с паяными соединениями проблемы. В противоположность этому в WO-A 03/048693 предложена комбинированная система, которая испытывает повышенную прочность при прокручивании за счет того, что во внутренней стенке первой детали выполнен проходящий в направлении продольной оси комбинированной системы паз, который с образованием действующего в направлении периферии геометрического замыкания может эффективно препятствовать прокручиванию первой детали относительно второй детали. Однако и эта предложенная комбинированная система может испытывать уменьшение своего номинального сопротивления вырыванию, будь то в результате вибрационного трения и/или термически обусловленного расширения.
Исходя из описанных недостатков в отношении предела усталости таких традиционно используемых в измерительных преобразователях вибрационного типа комбинированных систем, задача изобретения состоит в усовершенствовании измерительных преобразователей вибрационного типа таким образом, чтобы детали даже с разными химическими и/или физическими свойствами могли соединяться между собой прочно и вибростойко и чтобы тем самым измерительные преобразователи вибрационного типа даже с использованием состоящих из различных металлов деталей могли изготавливаться с высоким пределом усталости. Далее задачу изобретения следует усматривать в усовершенствовании комбинированных систем описанного рода таким образом, чтобы их детали могли соединяться между собой прочно и надежно с материальным замыканием, в частности посредством сварного соединения, и это особенно в том случае, если комбинированная система выполнена би- или мультиметаллической.
Для решения поставленных задач изобретение состоит в измерительном преобразователе вибрационного типа, в частности измерительном преобразователе кориолисова массового расходомера, для служащего для измерения протекающей в линии среды измерительного прибора, который содержит, по меньшей мере, одну, в частности би- или мультиметаллическую, комбинированную систему, образованную, по меньшей мере, одной состоящей, в частности, из металла первой деталью и, по меньшей мере, одной состоящей, в частности, из металла второй деталью. У измерительного преобразователя согласно изобретению, по меньшей мере, первая деталь комбинированной системы выполнена в виде композитной фасонной детали, состоящей, по меньшей мере, из двух материалов, в частности, по меньшей мере, двух металлов, которые отличаются друг от друга, по меньшей мере, одним физическим и/или химическим свойством, в частности плотностью, температурой плавления, коэффициентом теплового расширения и/или модулем упругости и т.д.
Согласно первому варианту осуществления изобретения каждый из, по меньшей мере, двух отличающихся друг от друга материалов первой детали образует, по меньшей мере, 1%, в частности более 10%, ее объема.
Согласно второму варианту осуществления изобретения первая деталь выполнена послойно, по меньшей мере, из двух отличающихся друг от друга материалов, и каждый из двух материалов имеет толщину слоя, по меньшей мере, 1 мм.
Согласно третьему варианту осуществления изобретения степень пористости композитной детали выбрана меньше 10%, в частности существенно меньше 5%.
Согласно четвертому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, один из, по меньшей мере, двух материалов первой детали, по меньшей мере, по одному физическому и/или химическому свойству в основном идентичен материалу второй детали.
Согласно пятому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, два материала первой детали, по меньшей мере, частично соединены между собой с материальным замыканием посредством образованной внутри первой детали, по меньшей мере, местами диффузионной зоны.
Согласно шестому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, первая деталь комбинированной системы, по меньшей мере, частично состоит из спеченного материала.
Согласно седьмому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, первая деталь, по меньшей мере, частично изготовлена посредством горячего прессования, осуществляемого, в частности, при высоком рабочем давлении свыше 800 бар и/или при высокой рабочей температуре свыше 700°С.
Согласно восьмому варианту осуществления изобретения первая деталь изготовлена посредством изостатического горячего прессования.
Согласно девятому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, первая деталь частично состоит из литого, и/или катаного, и/или тянутого материала.
Согласно десятому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, одна из деталей, по меньшей мере, частично состоит, по меньшей мере, из одного металла.
Согласно одиннадцатому варианту осуществления изобретения первая и вторая детали, по меньшей мере, частично состоят из металла.
Согласно двенадцатому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, одна из деталей, по меньшей мере, частично состоит из стали, в частности высококачественной стали.
Согласно тринадцатому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, одна из деталей, по меньшей мере, частично состоит из титана, в частности титанового сплава.
Согласно четырнадцатому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, одна из деталей, по меньшей мере, частично состоит из тантала, в частности танталового сплава.
Согласно пятнадцатому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, одна из деталей, по меньшей мере, частично состоит из циркония, в частности циркониевого сплава.
Согласно шестнадцатому варианту осуществления изобретения каждый из, по меньшей мере, двух материалов первой детали представляет собой металл.
Согласно семнадцатому варианту осуществления изобретения первая деталь, по меньшей мере, частично состоит из стали и, по меньшей мере, частично из титана, и/или циркония, и/или тантала.
Согласно восемнадцатому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, две детали комбинированной системы, по меньшей мере, местами соединены между собой с материальным замыканием, в частности, посредством паяного и/или сварного соединения. Согласно одной модификации этого варианта, по меньшей мере, две детали комбинированной системы, по меньшей мере, местами соединены между собой посредством паяного и/или сварного соединения. Согласно другой модификации этого варианта, по меньшей мере, две детали комбинированной системы, по меньшей мере, местами соединены между собой через диффузионную зону.
Согласно девятнадцатому варианту осуществления изобретения первая деталь спечена непосредственно на второй детали с образованием диффузионной зоны.
Согласно двадцатому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, две детали комбинированной системы, по меньшей мере, местами адгезивно соединены между собой, в частности, посредством пластика.
Согласно двадцать первому варианту осуществления изобретения одна из, по меньшей мере, двух деталей комбинированной системы, по меньшей мере, частично проходит через другую деталь вдоль воображаемой продольной оси комбинированной системы.
Согласно двадцать второму варианту осуществления изобретения одна из, по меньшей мере, двух деталей комбинированной системы, по меньшей мере, местами, по меньшей мере, частично охватывает другую из, по меньшей мере, двух деталей.
Согласно двадцать третьему варианту осуществления изобретения одна из, по меньшей мере, двух деталей комбинированной системы, по меньшей мере, частично выпуклой, выполненной, в частности, в форме поверхности цилиндра внешней поверхностью, по меньшей мере, местами контактирует с внутренней поверхностью другой из, по меньшей мере, двух деталей комбинированной системы. Согласно одной модификации этого варианта внутренняя поверхность образована внутренней стенкой отверстия, проходящего, по меньшей мере, в один участок соответствующей детали. Согласно другой модификации этого варианта, по меньшей мере, две детали комбинированной системы, по меньшей мере, частично образуют прессовое соединение, действующее, в частности, в направлении продольной оси и/или в направлении периферии внешней поверхности второй детали. При этом на активные поверхности комбинированной системы, образованные контактирующими между собой поверхностями обеих ее деталей, зажимные усилия, в частности ориентированные радиально к продольной оси перпендикулярные усилия, действуют так, что, по меньшей мере, одна из обеих деталей комбинированной системы, по меньшей мере, частично деформирована долговременно упруго, в частности смешанно упругопластически.
Согласно двадцать четвертому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, одна из деталей комбинированной системы, по меньшей мере, частично подвержена долговременно упругим, в частности смешанно упругопластическим, деформациям.
Согласно двадцать пятому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, одна из деталей комбинированной системы выполнена кольцеобразной.
Согласно двадцать шестому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, одна из деталей комбинированной системы выполнена гильзообразной.
Согласно двадцать седьмому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, одна из деталей комбинированной системы выполнена трубчатой. Согласно одной модификации этого варианта, по меньшей мере, одна трубчатая деталь выполнена в виде, по меньшей мере, местами прямой трубы в форме кругового цилиндра.
Согласно двадцать восьмому варианту осуществления изобретения одна из деталей комбинированной системы выполнена в виде служащей для ведения измеряемой среды, вибрирующей при работе измерительного преобразователя его измерительной трубы, которая, по меньшей мере, временно совершает изгибные колебания вокруг проходящей в направлении продольной оси комбинированной системы и/или совпадающей с продольной осью комбинированной системы оси колебаний. Согласно одной модификации этого варианта вторая деталь выполнена в виде измерительной трубы, а первая деталь - в виде фиксированного на измерительной трубе, в частности пластино- или дискообразного, металлического тела.
Согласно одной модификации измерительного преобразователя комбинированная система включает в себя третью деталь, фиксированную на первой детали и/или на второй детали. Согласно первому варианту этой модификации первая деталь, по меньшей мере, местами соединена с материальным замыканием со второй и третьей деталями. Согласно второму варианту этой модификации третья деталь состоит из материала, который, по меньшей мере, одним физическим и/или химическим свойством, в частности температурой плавления, коэффициентом теплового расширения и/или модулем упругости и т.д., отличается от материала второй детали. Согласно третьему варианту этой модификации третья деталь расположена на расстоянии от первой детали и/или выполнена в основном идентично первой детали. Согласно четвертому варианту этой модификации первая или вторая деталь комбинированной системы выполнена в виде служащей для ведения измеряемой среды, вибрирующей при работе измерительного преобразователя его измерительной трубы, которая, по меньшей мере, временно совершает изгибные колебания вокруг проходящей в направлении продольной оси комбинированной системы и/или совпадающей с продольной осью комбинированной системы оси колебаний, а третья деталь выполнена в виде несущего элемента измерительного преобразователя, фиксированного на измерительной трубе с возможностью колебания и/или удерживающей измерительную трубу с возможностью колебания. Согласно пятому варианту этой модификации третья деталь выполнена в виде окружающего измерительную трубу корпуса измерительного преобразователя. Согласно шестому варианту этой модификации третья деталь выполнена в виде окружающего измерительную трубу, в частности, цилиндрического и ориентированного в основном коаксиально измерительной трубе ответного вибратора измерительного преобразователя. Согласно седьмому варианту этой модификации, по меньшей мере, одна из трех деталей комбинированной системы выполнена в виде фиксированного на одном конце измерительной трубы фланца измерительного преобразователя, служащего для присоединения к измерительной трубе выполненной в виде трубопровода линии.
Основная идея изобретения состоит в выполнении одной из деталей комбинированной системы описанного рода в виде, в частности, спеченной композитной фасонной детали. Благодаря этому ее вступающие в контакт с другими деталями поверхности по своим физическим и/или химическим свойствам могут быть простым образом максимально согласованы с физическими и/или химическими свойствами соответствующей другой детали, так что при изготовлении измерительного преобразователя детали вполне могут быть соединены между собой с материальным замыканием также посредством сварных соединений. Кроме того, требуемое высокое качество комбинированной системы, будь то в отношении свойств материала используемых деталей или в отношении механической прочности, не только повышается, но и воспроизводится гораздо надежнее.
Другими преимуществами по сравнению с традиционными измерительными преобразователями с такими комбинированными системами, образованными частично или полностью посредством материального замыкания, можно считать значительное упрощение изготовления и снижение производственных издержек. Например, по меньшей мере, одна, по меньшей мере, частичная композитная деталь может быть aufgesintert непосредственно на другой детали in situ, т.е., по меньшей мере, в окончательном положении, и соединена с ней с материальным замыканием через образованную между материалами обеих деталей диффузионную зону.
Другое преимущество изобретения состоит в том, что комбинированная система особенно пригодна также для соединения массивной и сравнительно жесткой детали, например служащего наконечником или элементом связи металлического тела, с легко деформируемой по сравнению с ней, относительно тонкостенной деталью, например измерительной трубой. Вследствие также этого сопротивление вырыванию комбинированной системы даже после многократной переменной нагрузки может вполне поддерживаться выше 50% начального, сравнительно высокого сопротивления вырыванию и тем самым также для длительной эксплуатации вполне выше требуемого для измерительных преобразователей описанного рода минимального сопротивления.
Изобретение и предпочтительные варианты его осуществления более подробно поясняется с помощью чертежей:
- фиг.1: в перспективе при виде сбоку врезного измерительного прибора;
- фиг.2: продольный разрез измерительного преобразователя вибрационного типа, выполненного, в частности, в виде кориолисова массового расходомера, по меньшей мере, с двумя соединенными в комбинированную систему деталями;
- фиг.3: в перспективе и частично в продольном разрезе другой измерительный преобразователь вибрационного типа, выполненный из комбинированных систем описанного рода;
- фиг.4: в перспективе служащее в качестве первой детали комбинированной системы из фиг.2, фиксированное на частично изображенной измерительной трубе в форме кругового цилиндра измерительного преобразователя вибрационного типа металлическое тело в форме кругового диска, которое служит в качестве второй детали комбинированной системы из фиг.2;
- фиг.5: продольный разрез композитной детали, пригодной для образования комбинированной системы описанного рода и состоящей, по меньшей мере, из двух материалов;
- фиг.6: схематично варианты и альтернативы изготовления композитной детали описанного рода;
- фиг.7: схематично отдельные этапы изготовления спеченной композитной детали описанного рода.
На фиг.1 схематично изображен врезной измерительный прибор, например кориолисов массовый расходомер, плотномер, вискозиметр и т.п., с измерительным преобразователем вибрационного типа, служащий для измерения, по меньшей мере, одного гидродинамического и/или реологического параметра протекающей в линии среды. Врезной измерительный прибор включает в себя размещенный в корпусе, служащий для регистрации параметра измерительный преобразователь 100 и размещенную в корпусе электронику 200, служащую, в том числе, для управления измерительным преобразователем и обработки его измерительных сигналов.
На фиг.2 и 3 изображен пример выполнения соответствующего измерительного преобразователя 100 вибрационного типа, служащего в качестве измерительного преобразователя кориолисова массового расходомера, и/или плотномера, и/или вискозиметра, который предназначен для применения в таком врезном измерительном приборе, служащем для измерения, по меньшей мере, временно протекающей среды. Врезной измерительный прибор помещен в случае использования посредством измерительного преобразователя 100 в трубопровод (для наглядности не показан), по которому протекает измеряемая среда, так что измерительный преобразователь 100 в режиме измерения, по меньшей мере, временно обтекается измеряемой средой. Из этого измерительного преобразователя показаны только существенные для пояснения изобретения конструктивные подробности; остальные и также необходимые для полного функционирования измерительного преобразователя или врезного измерительного прибора компоненты для наглядности не показаны. Это, в том числе, потому, что конструкция, принцип действия и области применения таких измерительных преобразователей или врезных измерительных приборов сами по себе известны специалисту; в этом отношении следует сослаться на приведенные выше документы уровня техники.
Измерительный преобразователь 100 содержит, по меньшей мере, одну, в частности би- или полиметаллическую, комбинированную систему, образованную, по меньшей мере, одной первой 1 и одной второй 2 деталями измерительного преобразователя. Согласно одному варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, две детали комбинированной системы выполнены и фиксированы друг на друге так, что внутренняя из обеих деталей, по меньшей мере, частично проходит через другую внешнюю деталь вдоль воображаемой продольной оси L комбинированной системы. Внутренняя деталь имеет при этом, по меньшей мере, частично выпуклую, выполненную, в частности, в форме поверхности цилиндра внешнюю поверхность, которая плоскостно контактирует с внутренней поверхностью внешней детали 1 так, что внешняя деталь, по меньшей мере, местами, по меньшей мере, частично охватывает внутреннюю деталь. Например, внутренняя поверхность внешней первой детали может быть образована при этом внутренней стенкой отверстия, проходящего, по меньшей мере, в один участок внешней детали, тогда как внешняя поверхность внутренней второй детали образована наружной стенкой второй детали.
+
#

В данном примере комбинированная система образована служащей практически в качестве внутренней детали комбинированной системы измерительной трубой измерительного преобразователя 100 и фиксированным на ней другим компонентом измерительного преобразователя 100, например, надетым на измерительную трубу или на одно из ее продолжений и фиксированным на ней металлическим телом описанного выше рода. Измерительная труба, как уже сказано, предназначена для помещения в трубопровод, по которому протекает измеряемая среда, например жидкость или газ, и соединения с ним с пропусканием среды так, чтобы среда при работе соответствующего измерительного преобразователя могла течь также через измерительную трубу. Для этой цели предусмотрены соответствующие фланцы 19, 20, соединенные посредством коротких патрубков с измерительной трубой или с удлиняющими ее на концах наконечниками, в которые входят впускной 2 и выпускной 2 концы единственной здесь измерительной трубы. Вместо фланцев измерительный преобразователь может быть присоединен к трубопроводу также с помощью других обычных крепежных средств, например с помощью так называемых присоединений TriClamp или резьбовых соединений. В изображенном примере, следовательно, служащая в качестве первой активной поверхности 1В комбинированной системы внутренняя поверхность первой детали 1 образована внутренней стенкой отверстия 1А, проходящего здесь через первый наконечник, тогда как служащая в качестве второй активной поверхности 2В комбинированной системы внешняя поверхность второй детали 2 образована наружной стенкой измерительной трубы.
Как это принято у подобных измерительных преобразователей, согласно первому варианту осуществления изобретения предусмотрено, что, по меньшей мере, одна из обеих деталей 1, 2, в частности измерительная труба, по меньшей мере, частично состоит из, по меньшей мере, одного металла или что первая и вторая детали, по меньшей мере, частично состоят из металла. В качестве материала, по меньшей мере, одной металлической детали может служить, например, сталь, в частности высококачественная сталь, титан, тантал и цирконий или же металлический сплав, состоящий, по меньшей мере, из одного из названных высококоррозионно-стойких металлов.
Для создания реакционных сил, соответствующих физическому параметру, например массовому расходу, плотности и/или вязкости среды, и описывающих в этом отношении среду, например коррелированных с массовым расходом сил Кориолиса или коррелированных с вязкостью сил трения и т.д., измерительную трубу, приводимую воздействующим на нее электромеханическим возбудителем колебаний, заставляют при работе, по меньшей мере, временно вибрировать. Согласно одному варианту осуществления изобретения служащую для ведения измеряемой среды измерительную трубу возбуждают при этом так, что она, по меньшей мере, временно совершает изгибные колебания вокруг оси колебаний, виртуально соединяющей оба ее сегмента, проходящей в направлении упомянутой продольной оси комбинированной системы и/или совпадающей с продольной осью комбинированной системы. В качестве возбудителя 16 колебаний могут служить используемые для этой цели в уровне техники различные виды возбудителей колебаний. Посредством возбудителя 16 колебаний в измерительной трубе 13 при работе возбуждают преимущественно такие изгибные колебания, частота которых в основном равна механической собственной частоте измерительной трубы с направляемой в ней средой в данный момент. Для регистрации вибраций измерительной трубы и для формирования соответствующих им сигналов вибраций вблизи измерительной трубы известным специалисту образом могут быть размещены соответствующие датчики колебаний. На фиг.1, например, предусмотрены первый 17 и второй 18 датчики для движений измерительной трубы с впускной и выпускной сторон, каждый из которых расположен между ее серединой и наконечником с впускной и выпускной сторон, а именно приблизительно на одинаковом расстоянии. В примере на фиг.1 на измерительной трубе в месте расположения соответствующего датчика находится далее металлическое тело приблизительно в форме кругового кольца или кругового диска, которое взаимодействует с датчиком 17, 18. В качестве датчиков 17, 18 могут служить используемые для этой цели в уровне техники различные виды датчиков, например электродинамические или оптические датчики пути, скорости или ускорения.
Как видно далее из фиг.2 и 3, второй сегмент измерительной трубы, форма которого в основном идентична, в частности, первому сегменту, вставлен в отверстие 3А второго наконечника измерительного преобразователя 100, форма которого в основном идентична, в частности, первому наконечнику. Согласно одному варианту осуществления изобретения второй сегмент и второй наконечник соединены между собой так же, как первый сегмент и первый наконечник. Первый наконечник и второй наконечник, служащий здесь практически также в качестве детали комбинированной системы, посредством, по меньшей мере, одной расположенной сбоку, например приваренной, несущей плиты или в основном цилиндрической несущей трубы 4, дополнен в зажимающий, по меньшей мере, одну измерительную трубу с возможностью колебания несущий элемент. Последний можно считать в этом отношении другой деталью комбинированной системы. Вместо цилиндрической несущей трубы для несущего элемента может использоваться, например, также коробчатая деталь. Примеры конструкции и принципа действия таких несущих элементов приведены, в том числе, в уже упомянутых публикациях US-A 4823614, US-A 5253533, US-A 5705754, US-A 5796011, US-A 6006609, US-A 6047457, US-A 6168069, US-B 6314820, US-B 6397685, US-B 6487917, US-B 6516674, US-B 6691583, US-B 6666098, US-B 6698644, US-B 6711958, US-B 6851323 или WO-А 03/048693.
Здесь следует еще упомянуть, что вместо выполненной в данном примере в виде наконечника гильзо- или трубчатой внешней детали 1 выполненное также кольце-, пластино- или дискообразным металлическое тело может служить внешней деталью 1 комбинированной системы (фиг.4). Помимо изображенных на фиг.2, 3 или 4 примеров детали 1 в основном кругообразного внешнего контура могут использоваться также такие детали, которые имеют некругообразный внешний контур, например по типу шестигранной гайки, квадратной шайбы или, как в US-A 6047457, с боковым продолжением и т.д. В соответствии с этим согласно другому варианту осуществления изобретения деталь 1 представляет собой металлическое тело, которое имеет отверстие, соответствующее внешней периферийной поверхности 2А выполненной в виде измерительной трубы внутренней детали 2, и соответствующую внутреннюю периферийную поверхность и соответственно фиксировано на внешней периферийной поверхности 2А измерительной трубы с образованием комбинированной системы. Выполненная на фиг.4 в виде кольце- или дискообразного металлического тела деталь 1 может, как уже сказано, служить держателем для одного из упомянутых датчиков колебаний или возбудителя колебаний или, как предложено в WO-A 03/027616, в качестве элемента жесткости, стабилизирующего сечение измерительной трубы даже при колебаниях давления.
Согласно изобретению далее предусмотрено, что, по меньшей мере, одна из, по меньшей мере, двух деталей комбинированной системы, например измерительная труба и/или упомянутое металлическое тело, выполнена в виде композитной фасонной детали, образованной химически и/или физически разными материалами. В соответствии с этим, по меньшей мере, одна из деталей комбинированной системы, как схематично показано на фиг.2, 3 или 5, например внешняя деталь 1, состоит, по меньшей мере, из двух материалов, отличающихся друг от друга, по меньшей мере, одним материальным, в частности физическим и/или химическим, свойством. По меньшей мере, одно отличающее оба материала свойство может представлять собой, например, внутреннюю структуру материала, плотность материала, температуру плавления, коэффициент теплового расширения, сопротивление разрушению и/или модуль упругости. Иначе говоря, композитная деталь 1 выполнена в виде многокомпонентной системы, поскольку она состоит, по меньшей мере, из двух химически разных материалов, и/или композитная деталь 1 выполнена в виде неоднородной многофазной системы, поскольку она состоит, по меньшей мере, из двух отличающихся по своей внутренней структуре материалов. Согласно одному варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, один из обоих материалов композитной детали 1 представляет собой металл, например сталь, титан, цирконий или, при необходимости, еще более благородный металл, такой как тантал, золото или платина. Согласно одной модификации этого варианта каждый из, по меньшей мере, двух отличающихся друг от друга материалов композитной детали 1 представляет собой металл. Например, применяемые для композитной детали 1 материалы могут представлять собой также отличающиеся друг от друга марки стали.
У изображенного на фиг.2 и 3 измерительного преобразователя 100 выполненная в виде композитной детали внешняя деталь 1 комбинированной системы может быть первым наконечником заключающего в себя измерительную трубу корпуса с выполненным в нем отверстием 1А, который размещает в себе прямой с впускной стороны первый сегмент в основном в форме кругового цилиндра показанной здесь лишь частично измерительной трубы измерительного преобразователя. В равной мере металлическое тело может быть выполнено также в виде композитной детали. В качестве альтернативы или в дополнение к этому сама измерительная труба, т.е. также вторая деталь 2, может быть композитной деталью.
За счет комбинации, по меньшей мере, двух разных материалов (металлов), по меньшей мере, в одной композитной детали можно хорошо согласовать ее по ее свойствам с химическими и/или физическими свойствами фиксированной на ней другой детали комбинированной системы, а также соответствующим образом с химическими и/или физическими свойствами других деталей комбинированной системы. При подходящей комбинации, по меньшей мере, двух материалов детали 1, здесь, по меньшей мере, двух металлов, вместе с подходящим выбором материала или материалов для второй детали 2 можно вполне создать также соединение с материальным замыканием между обеими деталями 1, 2, в частности также паяное и/или сварное соединение (фиг.2, 3 или 5). Например, частично состоящая из стали деталь может быть вполне соединена техникой пайки или сварки с состоящей из титана, и/или циркония, и/или тантала деталью, если контактирующие между собой активные поверхности обеих деталей состоят каждая из материала, который совместим по технике пайки или сварки с контактирующим материалом соответственно другой детали. Вследствие этого при подходящем выборе применяемых для деталей материалов для комбинированной системы можно очень простым образом достичь на длительный срок очень высокую механическую прочность, в частности также под действием обусловленных эксплуатацией средне- или высокочастотно чередующихся усилий, в результате чего комбинированная система очень хорошо подходит для применения в измерительных преобразователях вибрационного типа. Кроме того, изготовленная из титана измерительная труба через композитную деталь 1 может быть вполне соединена с материальным замыканием также с изготовленной из стали или высококачественной стали несущей трубой или несущим коробом (см. ниже). Согласно одному варианту осуществления изобретения поэтому, по меньшей мере, один из, по меньшей мере, двух материалов композитной детали 1 выбран так, что этот материал, по меньшей мере, по одному физическому и/или химическому свойству в основном идентичен материалу фиксированной на ней детали 2 комбинированной системы. Предпочтительным образом, по меньшей мере, один из материалов композитной детали выбран так, что он в основном идентичен материалу другой фиксированной на ней детали комбинированной системы.
Для достижения максимально стабильного и длительного соединения между материалами композитной детали, в частности, также при повышенной механической нагрузке и тем самым для обеспечения высокого предела усталости композитной детали, согласно одному варианту осуществления изобретения композитная деталь 1, как схематично показано на фиг.2, 3 или 5, выполнена послойно, по меньшей мере, из двух отличающихся друг от друга материалов. Предпочтительным образом каждый из, по меньшей мере, двух материалов имеет толщину слоя, по меньшей мере, 1 мм. Согласно другому варианту осуществления изобретения каждый из, по меньшей мере, двух отличающихся друг от друга материалов композитной детали 1 образует, по меньшей мере, 1%, в частности более 10%, от ее объема.
Согласно другому варианту осуществления изобретения каждый из, по меньшей мере, двух материалов первой детали 1 представляет собой металл. Согласно одной модификации этого варианта деталь 1 состоит при этом, по меньшей мере, частично из стали и, по меньшей мере, частично из титана, и/или циркония, и/или тантала и/или иного более благородного, в частности, по сравнению со сталью металла.
Согласно одной модификации изобретения, по меньшей мере, две детали 1, 2 комбинированной системы, по меньшей мере, местами соединены между собой с материальным замыканием, в частности посредством паяного и/или сварного соединения. Для изготовления комбинированной системы первая деталь 1, например наконечник, может быть сведена со второй деталью 2, например измерительной трубой, таким образом, что вторая деталь 2, по меньшей мере, частично проходит через выполненное в первой детали 1 отверстие 1А в направлении продольной оси комбинированной системы. Затем обе детали могут быть сварены и/или спаяны между собой. Согласно другой модификации изобретения обе детали 1, 2 комбинированной системы, по меньшей мере, частично соединены между собой с материальным замыканием через диффузионную зону, образованную вдоль области контакта между обеими деталями, например посредством диффузионной сварки и/или в процессе спекания; в случае необходимости дополнительные паяные или сварные соединения могут еще больше повысить прочность комбинированной системы.
В качестве альтернативы или в дополнение к этому для соединения с материальным замыканием, по меньшей мере, двух деталей комбинированной системы обе детали и их контактирующие между собой поверхности согласно одной модификации изобретения выполнены и формованы далее так, что обе детали 1, 2, как это предложено, например, в US-B 6598281, US-B 6519828, US-A 6047457, US-A 5610342, WO-A 03/048693 или в упомянутых выше заявках DE 102004048765.0 или DE 10354373.2, механически прочно соединены между собой частично также с образованием фрикционного и/или геометрического замыкания. Далее поверхности деталей 1, 2 имеют такую форму, что созданное фрикционное замыкание действует также в направлении периферии внешней поверхности второй детали 2. У этого варианта выполнения комбинированной системы это достигается за счет того, что на ее образованные контактирующими между собой поверхностями обеих деталей 1, 2 активные поверхности 1В, 2В зажимные усилия, в частности ориентированные радиально к продольной оси L нормальные усилия F, действуют так, что, по меньшей мере, одна из обеих деталей комбинированной системы, по меньшей мере, частично деформирована длительно упруго. Эти нормальные усилия согласно одному варианту осуществления изобретения создаются, по меньшей мере, частично за счет того, что, по меньшей мере, одна из обеих деталей 1, 2 деформирована смешанно упругопластически, т.е. имеет пластически деформированные области, внесенные в результате чего растяжения или осадки данной детали и на основе этого длительно упругодеформированные области. Обе детали 1, 2 комбинированной системы образуют тем самым, по меньшей мере, частично прессовое соединение, действующее, в частности, в направлении продольной оси L и/или в направлении периферии внешней поверхности второй детали 2.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, один из, по меньшей мере, двух материалов детали 1 спечен, т.е. деталь 1 состоит, по меньшей мере, частично из спеченного материала. В этом варианте осуществления изобретения композитная деталь 1 представляет собой, следовательно, спеченную фасонную деталь или, по меньшей мере, частично спеченную деталь. За счет диффузионных зон DZ, образованных за счет этого внутри детали 1 между отдельными кристаллами и/или частицами обоих материалов, несмотря на химико-физические отличия обоих материалов между ними возникает длительное высокопрочное соединение, по меньшей мере, с материальным замыканием (фиг.5 и 6).
Вследствие этого, с одной стороны, может происходить оптимальное согласование химико-физических свойств первой детали с соединенной с ней второй деталью 2. С другой стороны, может быть достигнута очень высокая механическая стабильность детали 1 и самой комбинированной системы. Для изготовления, по меньшей мере, одной, по меньшей мере, частично спеченной детали 1 сыпучий, т.е. зернистый и/или порошкообразный, исходный материал подходящим образом загружают в соответствующую спекательную форму, а затем при подводе тепла, при необходимости, также в вакууме соответственно спекают (фиг.6). Как схематично показано на фиг.6, в качестве исходных материалов для изготовления детали 1 могут служить различные спекаемые порошки и/или грануляты, которые укладывают слоями друг на друга и/или смешивают между собой и/или наносят на твердые поверхности.
Спекание может происходить при этом, например, в соответствующей спекательной печи или в автоклаве. Согласно другому варианту осуществления изобретения спекательная форма образована при этом, по меньшей мере, частично, по меньшей мере, одним, например трубчатым, полуфабрикатом, который после спекания, например вследствие диффузии между отдельными материалами и/или фазами, является неотъемлемой составной частью первой детали. В соответствии с этим этот полуфабрикат, по меньшей мере, частично образован также, по меньшей мере, одним из предназначенных для детали материалов. Используемый для этого полуфабрикат может представлять собой, например, тянутый, катаный или литой полуфабрикат, так что, по меньшей мере, в этом случае деталь 1, по меньшей мере, частично может состоять из литого, и/или катаного, и/или тянутого материала. Служащий в качестве спекательной формы полуфабрикат сам может быть спечен.
Согласно другому варианту осуществления изобретения спекательная форма образована, по меньшей мере, частично, по меньшей мере, частично предварительно изготовленной второй деталью 2. Согласно одной модификации этого варианта первую деталь 1 практически непосредственно спекают на другой детали. Таким образом, во-первых, обе детали 1, 2 комбинированной системы, в частности, в областях их контактирования могут быть очень простым образом согласованы между собой. Во-вторых, за счет подходящего выбора применяемых для отдельных деталей 1, 2 или их изготовления материалов и за счет соответствующей калибровки процесса спекания, что вследствие явлений диффузии также в области контактирования между формообразующей второй деталью 2 и материалом для спекания первой детали 1 уже при ее изготовлении образуются прочное соединение между обеими деталями 1, 2 и комбинированная система, по меньшей мере, частично уже за счет спекания. Например, по меньшей мере, одна, по меньшей мере, частично спеченная композитная деталь может быть предпочтительным образом in situ, т.е., по меньшей мере, в окончательном положении, при необходимости также в окончательном виде, подвергнута спеканию непосредственно на другой детали и соединена с ней с материальным замыканием через диффузионную зону, образованную между контактирующими между собой материалами обеих деталей. В соответствии с этим одна из деталей сама по себе и вся комбинированная система могут быть выполнены в виде спеченной фасонной детали.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, первая деталь 1, по меньшей мере, частично изготовлена посредством горячего прессования. Предпочтительным образом спекание детали происходит, по меньшей мере, частично в виде изостатического горячего прессования (HIP = hot isostatic pressure), и деталь 1 выполнена в виде подвергнутой изостатическому горячему прессованию детали.
Согласно одной модификации этого варианта спекание осуществляется при высоком рабочем давлении свыше 800 бар и/или при высокой рабочей температуре свыше 700°С, причем рабочие давление и температура устанавливаются так, что достигается желаемая для композитной детали плотность и/или пористость. Согласно одному варианту осуществления изобретения степень пористости композитной детали, т.е. объемная доля, определяющая совокупность всех пор композитной детали, выбирается менее 10%, в частности, существенно менее 5%.
3
Согласно одной модификации этого варианта спекание осуществляется в спекательной печи с регулируемым атмосферным давлением, в рабочее пространство которой сначала загружают оба материала для композитной детали 1 (фиг.7, поз.701). Затем рабочее пространство вакуумируют, после чего ее заполняют инертным защитным газом, например аргоном, пиролизным газом NH, метаном, светильным газом и т.п., в результате чего в рабочем пространстве устанавливается атмосферное давление 300 бар или выше (фиг.7, поз.702). За счет нагрева рабочего пространства до температуры свыше 700°С атмосферное давление в ней повышается гораздо выше 800 бар, например, примерно до 1400 бар (фиг.7, поз.703). Установленную в рабочем пространстве рабочую температуру и возникшее при этом атмосферное давление поддерживают для заданного, в частности предварительно экспериментально определяемого, времени выдержки как можно более постоянными, так что применяемые материалы в конце концов хорошо сцепляются между собой (фиг.7, поз.704). По истечении времени выдержки рабочие давление и температуру снова снижают подходящим образом с предварительно соответственно определяемыми временными характеристиками (фиг.7, поз.705).
Согласно другому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, два применяемых для детали 1 материала в основном аналогичны или, по меньшей мере, схожи по одному свойству, например уже упомянутой температуре плавления, сопротивлению разрушению и/или модулю упругости.
Согласно одной предпочтительной модификации комбинированная система содержит, по меньшей мере, одну третью деталь 3, которая фиксирована на первой 1 и/или второй 2 детали, в частности, также с материальным замыканием. Например, как уже сказано, одна из деталей 1, 2 комбинированной системы может быть металлическим телом, которое надето на другую служащую в качестве измерительной трубы измерительного преобразователя деталь, и фиксирована на ней, тогда как третья деталь 3, как схематично показано на фиг.5, выполнена в качестве несущего элемента, например в виде несущей трубы измерительного преобразователя, которая посредством служащего в качестве первого элемента связи металлического тела и, при необходимости, посредством фиксированного на расстоянии от него на измерительной трубе второго элемента связи связана с измерительной трубой (US-B 6851323, US-B 6519828, US-B 6598281, US-A 6047457). Согласно одному предпочтительному варианту этой модификации измерительная труба, как уже сказано, состоит в преобладающей степени из титана, тантала или циркония, тогда как несущий элемент состоит главным образом из стали или высококачественной стали. Далее композитная деталь 1 состоит при этом частично из стали и в соответствующей массе из титана, тантала или циркония или, по меньшей мере, из материала, соединяемого с измерительной трубой с материальным замыканием, так что композитная деталь 1 может быть спаяна и/или сварена с выполненной здесь в виде измерительной трубы второй деталью и с выполненной здесь в виде несущей трубы третьей деталью 3. В этом отношении третья деталь 3 состоит, с одной стороны, из материала, который, по меньшей мере, по одному физическому и/или химическому свойству, в частности температуре плавления, коэффициенту теплового расширения или модулю упругости и т.д., отличается от материала второй детали 2. В равной мере третья деталь 3 может состоять, кроме того, из материала, который, по меньшей мере, по одному физическому и/или химическому свойству, в частности температуре плавления и/или коэффициенту теплового расширения и т.д., по меньшей мере, настолько идентичен материалу второй детали 2, что она может быть соединена с ней через идентичные друг другу материалы с материальным замыканием. В соответствии с этим согласно одному варианту этой модификации первая деталь 1 соединена со второй 2 и третьей 3 деталями, по меньшей мере, местами с материальным замыканием, например, посредством пайки или сварки.
Здесь следует еще упомянуть, что, в частности, при применении только одной измерительной трубы в измерительном преобразователе 100 несущий элемент может служить держателем измерительной трубы, устройства возбуждения и сенсорного устройства, а также ответным измерительной трубе вибратором, посредством которого компенсируются или, по меньшей мере, уменьшаются возможные при работе паразитные колебания. В соответствии с этим согласно одному варианту этой модификации третья деталь 3 выполнена в виде окружающего измерительную трубу, в частности цилиндрического, и в основном ориентированного коаксиально измерительной трубе ответного вибратора измерительного преобразователя. Согласно другому варианту этой модификации третья деталь 3 выполнена в виде уже упомянутого, фиксированного на конце измерительной трубы и окружающего ее корпуса измерительного преобразователя 100. В равной мере упомянутый выше второй элемент связи или один из упомянутых выше фланцев можно считать третьей деталью 3 комбинированной системы, которая в этом случае расположена на расстоянии от первой детали 1 и выполнена в основном идентично ей.
Как нетрудно вывести из совокупности предшествующих пояснений, преимущество изобретения следует усматривать особенно в том, что оно пригодно также к применению для деталей измерительных преобразователей вибрационного типа, которые состоят из различных материалов и отличаются друг от друга в отношении материалов так, что их традиционным образом нельзя было бы сварить между собой или соединить иным образом с материальным замыканием или можно было бы, но со значительными технологическими затратами. Таким образом, применяя изобретение, можно по сравнению с традиционными измерительными преобразователями вибрационного типа значительно повысить сопротивление вырыванию комбинированной системы и предел ее усталости.
Помимо максимизации сопротивления вырыванию комбинированной системы можно повысить также вибростойкость и тем самым максимально возможное или допустимое число циклов напряжений измерительной трубы. Зная изобретение и на фоне приведенного уровня техники, в частности US-A 5610342, US-A 6047457, US-A 6168069, US-B 6719828, US-B 6598281 или WO-А 03/048693, специалисту не представляет никакого труда определить подходящие для данного применения материалы деталей и оптимальные параметры, будь то в отношении фактического расчета деталей комбинированной системы или в отношении настройки используемых для производства инструментов и станков. В равной мере специалисту не представляет никакого труда согласовать способ в соответствии с конкретными требованиями с ресурсом комбинированной системы и оптимизировать производственные процессы.