ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВИБРАЦИОННОГО ТИПА
VIBRATION-TYPE MEASURING TRANSDUCER

Изобретение относится к измерительному преобразователю вибрационного типа, предназначенному для применения в кориолисовом расходомере, с, по меньшей мере, одной периодически вибрирующей измерительной трубой для прохождения подлежащей измерению среды, с уравновешивающим вибрацию устройством, который при образовании первой зоны соединения со стороны впуска установлен на измерительной трубе и который при образовании второй зоны соединения со стороны выпуска установлен на измерительной трубе, с системой возбуждения для приведения в действие, по меньшей мере, измерительной трубы, а также сенсорной системой для регистрации колебаний, по меньшей мере, измерительной трубы.
В промышленной измерительной технике, в частности, в связи с регулированием и контролем за автоматизированными технологическими процессами, для определения характерных параметров процесса, например, расхода, плотности, вязкости и т.д. среды, проходящей через трубопровод, например, жидкостей и газов в последнее время часто применяются встроенные измерительные приборы, выполненные в виде кориолисовых расходомеров, которые с помощью измерительного преобразователя вибрационного типа и присоединенной рабочей и обрабатывающей электроники в проходящей среде индуцируют силы, например кориолисовые силы, и создают являющийся производным от них измерительный сигнал, представляющий соответственно, по меньшей мере, один параметр. Подобного рода встроенные измерительные приборы с измерительным преобразователем вибрационного типа уже известны достаточно давно и равным образом применяются в промышленности. Примерами таких измерительных преобразователей, в частности, их применения в кориолисовых расходомерах являются, например, описанные в ЕР-А 317340, US-A 4738144, US-A 4777833, US-A 4823614, US-A 5291792, US-A 5398554, US-A 5476013, US-A 5602345, US-A 5691485, US-A 5796010, US-A 5796012, US-A 5945609, US-A 5979246, US-B 6330832, US-B 6397685, US-B 6691583, US-B 6840109, US-B 6883387, US-B 7077014, US-B 7017424, US-B 7299699, US-A 2007/0186685, US-A 2007/0151371, US-A 2007/0151370, US-A 2007/0119265, US-A 2007/0119264, WO-A 9940394, WO-A 0102816 или WO-A 0014485. Каждый из указанных измерительных преобразователей включает, по меньшей мере, одну прямолинейную или, по меньшей мере, одну изогнутую, вибрирующую при работе измерительную трубу для прохождения среды, которая через впадающую со стороны впуска часть впускной трубы и впадающую со стороны выпуска часть выпускной трубы соединена с трубопроводом.
Далее каждый из показанных измерительных преобразователей включает соответственно выполненное цельным или из нескольких частей, например, имеющее форму трубы, ящика или пластины уравновешивающее устройство, которое при образовании первой зоны соединения со стороны впуска соединено с измерительной трубой и при образовании второй зоны соединения со стороны выпуска соединено с измерительной трубой и которое при работе, по меньшей мере, соразмерно доле участия точно так же может вибрировать. В качестве примера показанных в US-A 5291792, US-A 5796010, US-A 5945609, US-B 7077014, US-A 2007/0119264, WO-A 0102816 или также WO-A 9940394 измерительных преобразователях с одной-единственной прямолинейной измерительной трубой последняя и уравновешивающее устройство, как у существующих пригодных для промышленного применения измерительных преобразователей, кроме прочего, в основном установлены коаксиально друг к другу. Кроме того, у имеющихся на рынке измерительных преобразователей приведенного выше типа уравновешивающее устройство, по меньшей мере, в основном выполнено в форме трубы и в основном прямолинейное и к тому же таким образом расположено в измерительном преобразователе, что измерительная труба, по меньшей мере, частично закрыта уравновешивающим устройством и измерительная труба и уравновешивающее устройство установлены в основном коаксиально. В качестве материалов для таких уравновешивающих устройств, среди прочего, применяются сравнительно благоприятные в плане стоимости сорта стали, как, например, конструкционная сталь или автоматная сталь.
Измерительные преобразователи рассматриваемого типа включают далее систему возбуждения, в которой измерительная труба при работе с подачей соответственно условного электрического возбуждающего сигнала побуждается с помощью, по меньшей мере, воздействующего на нее электромеханического, в частности, электродинамического генератора колебаний к колебательным движениям, обычно по возможности преобладающим или исключительно в единственной виртуальной - в дальнейшем называемой плоскостью первичных колебаний - плоскости колебаний трубы, которая воображаемым образом пересекает обе зоны соединения. Далее подобного рода измерительные преобразователи имеют сенсорную систему, в частности, с электродинамическими сенсорами колебаний для, по меньшей мере, выборочной регистрации колебаний на стороне впуска и стороне выпуска измерительной трубы и для создания электрических сенсорных сигналов, зависящих от расхода.
Система возбуждения имеет, по меньшей мере, электродинамический и/или различно воздействующий на измерительную трубу и уравновешивающее устройство генератор колебаний, в то время как сенсорная система включает со стороны впуска, по меньшей мере, точно так же электродинамический сенсор колебаний, а также в основном такой же по конструкции сенсор колебаний со стороны выпуска. В имеющихся на рынке измерительных преобразователях с измерительной трубой и соединенным с ней уравновешивающим устройством генератор колебаний обычно сформирован с помощью катушки, через которую, по меньшей мере, периодически пропускается ток и которая, по меньшей мере, периодически пронизывается магнитным полем, а также, по меньшей мере, одним взаимодействующим с катушкой, в частности, погружающимся в нее, служащим в качестве сердечника, выполненного скорее продолговатым, в частности в форме стержня, постоянным магнитом, который соответственно установлен на измерительной трубе. При этом постоянный магнит и катушка обычно установлены так, что они проходят в основном коаксиально друг к другу.
К тому же в существующих измерительных преобразователях система возбуждения образована и расположена в измерительном преобразователе таким образом, что она в основном воздействует на середину измерительной трубы. Чаще всего при этом, по меньшей мере, один генератор колебаний и в этом отношении система возбуждения, как, например, показано в предложенных измерительных преобразователях US-A 5796010, US-B 6840109, US-B 7077014 или US-B 7017424, по меньшей мере, выборочно установлен снаружи на измерительной трубе вдоль виртуальной средней линии окружности измерительной трубы. В качестве альтернативы к системе возбуждения, образованной генераторам колебаний, действующим скорее по центру, может, как среди прочего предложено в US-A 4823614, применяться также система возбуждения, сформированная, например, с помощью двух установленных не в центре измерительной трубы, а скорее на стороне впуска или выпуска генераторов колебаний.
У большинства измерительных преобразователей описанного вида сенсоры колебаний сенсорной системы, как уже отмечалось, по меньшей мере, в этом отношении образованы одинаковыми по конструкции, как, по меньшей мере, генератор колебаний, например, в основе их конструкции лежит одинаковый принцип. Соответственно этому сенсоры колебаний такой сенсорной системы образованы, по меньшей мере, соответственно с помощью, по меньшей мере, - обычно установленного на генераторе колебаний -, по меньшей мере, периодически пронизываемого изменяющимся магнитным полем и таким образом будучи нагруженным, по меньшей мере, периодически индуцированным измеряемым напряжением, а также установленным на измерительной трубе, взаимодействующим, по меньшей мере, с одной катушкой сердечником постоянного магнита, который создает магнитное поле. Каждая из названных выше катушек к тому же с помощью, по меньшей мере, пары электрических присоединительных проводов соединена с упомянутой рабочей и обрабатывающей электроникой встроенного измерительного прибора, которые, по меньшей мере, по возможности коротким путем направлены от катушек через генератор колебаний к корпусу преобразователя.
Для гомогенизации магнитного поля, пронизывающего катушку и постоянный магнит, а также предотвращения нарушающих полей рассеяния в сенсорах колебаний названного выше типа так же, как у большинства генераторов колебаний, постоянный магнит установлен внутри магнитного стакана, состоящего, по меньшей мере, соразмерно доли участия из магнитного проводящего ток материала и зафиксирован там же на обычным образом непосредственно закрепленном на измерительной трубе дне стакана, начиная от которого, образованная в основном в форме трубы, в частности кругового цилиндра, стенка магнитного стакана простирается в направлении относительных колебаний измерительной трубы и уравновешивающего устройства. Обычно расположенный в основном центре дна стакана постоянный магнит зафиксирован, по меньшей мере, на нем так, что постоянный магнит и стенка стакана установлены проходящими друг к другу в основном коаксиально.
Наряду с сенсорами колебаний, предназначенными для регистрации вибрации измерительной трубы, измерительный преобразователь может, как среди прочего предложено в ЕР-А 831306, US-A 5736653, US-A 5381697 или WO-A 01/02816, иметь еще другую внутреннюю часть, сформированную во всяком случае с помощью измерительной трубы, уравновешивающего устройства, а также установленной соответственно на них системы возбуждения и сенсоров, служащую, в частности, для регистрации скорее вторичных измеряемых величин, как то: температуры, ускорения, расширения, напряжения и т.д., или также установленные в ее близи сенсоры.
Каждый из измерительных преобразователей, описанных в US-A 5291792, US-A 5945609, US-B 7077014, US-A 2007/0119264, WO-A 0102816 или также WO-A 9940394, имеет дополнительный установленный непосредственно на части впускной трубы и части выпускной трубы, охватывающий измерительную трубу с соединенным с ней уравновешивающим устройством, а также предусмотренной системой возбуждения и сенсоров корпус преобразователя, в то время как у измерительного преобразователя, показанного в US-A 4823614, корпус преобразователя образован как бы самим уравновешивающим устройством, т.е. корпус преобразователя и уравновешивающее устройство представляют один и тот же конструктивный блок.
Преимущество измерительных преобразователей с прямой измерительной трубой в сравнении с такими же, но с изогнутой трубой, например, заключается в том, что в них измерительные трубы почти в любом положении встройки опорожняются сами с высокой надежностью без остатка, в частности, после очистки, проведенной во встроенном состоянии. Далее такие измерительные трубы в сравнении, например, с изогнутой измерительной трубой существенно проще изготавливать, и соответственно, этому они более экономны и вызывают в работе, по меньшей мере, меньшее падение давления.
Как известно, прямолинейная измерительная труба вызывает в протекающей среде кориолисовые силы, если в той самой измерительная трубе возбуждены изгибные колебания в плоскости первичных колебаний согласно первой форме собственных колебаний - по так называемому импульсному типу или также полезному типу. В обычных первичных измерительных преобразователях названного выше типа, например, также таких, как предложено в US-A 5291792, US-B 6840109, US-B 7077014 или US-B 7017424, в которых измерительная труба может колебаться в полезном типе главным образом в виртуальной плоскости первичных колебаний, эти кориолисовые силы опять же ведут к тому, что те же самые изгибные колебания в полезном типе, лежащие в одной плоскости - т.е. точно также совершенные в плоскости первичных колебаний - накладываются на изгибные колебания по второй форме собственных колебаний, по меньшей мере, более высокого порядка, но во всяком случае с другими свойствами симметрии - так называемого кориолисового или измерительного типа. Вследствие изгибных колебаний кориолисового типа колебания, зарегистрированные с помощью системы сенсоров со стороны впуска и выпуска, имеют измеряемую, зависящую от массового расхода разность фаз.
Обычно измерительные трубы подобного рода измерительных преобразователей, в частности, таких, которые применены в кориолисовых массовых расходомерах, возбуждаются в полезном типе до мгновенной резонансной частоты первой формы собственных колебаний, в частности, при отрегулированной постоянной амплитуде колебаний. Так как эта резонансная частота, в частности, зависит также от мгновенной плотности среды, с помощью имеющихся на рынке кориолисовых массовых расходомеров наряду с массовым расходом может измеряться непосредственно, по меньшей мере, также плотность протекающей среды.
Наряду с упомянутой, более менее выраженной зависимостью от плотности особенная проблема описанных выше измерительных преобразователей с прямой измерительной трубой, как, например, раскрыто также в US-A 5291792, US-B 7077014 или собственной не опубликованной немецкой заявке на изобретение 102007050686.6, может заключаться в том, что они имеют не только перечисленный выше естественный тип колебаний, в котором измерительная труба осуществляет изгибные колебания в упомянутой плоскости первичных колебания, но и такой естественный тип колебаний, в котором измерительная труба может осуществлять изгибные колебания в другой виртуальной плоскости вторичных колебаний, в основном ортогональной к плоскости первичных колебаний, однако воображаемо пересекающей обе зоны соединения, и что те типы колебаний в плоскости вторичных колебаний без принятия специальных мероприятий имеют, естественно, примерно такую же резонансную частоту, что и соответственно корреспондирующий тип колебаний в плоскости первичных колебаний. Другими словами, у измерительных преобразователей рассматриваемого типа с прямой измерительной трубой могут появляться возможные погрешности измерения, в частности, базирующиеся на непредвиденных при работе изменениях точки нуля, в результате чего получается, что дополнительно к возбужденному желаемому полезному типу в плоскости первичных колебаний возникают нежелательные и в этом отношении создающие помехи колебания в плоскости вторичных колебаний, которые очень плотно лежат на частотах колебаний полезного типа. Равным образом, как по полезному типу в плоскости первичных колебаний в этом случае также по нежелательному образу возбужденные имеющему одинаковую частоту типу колебаний в плоскости вторичных колебаний индуцировались лежащие в одной плоскости дополнительные типы колебаний, обусловленные соответствующими кориолисовыми силами. Причиной таких помех может быть, например, вибрация в присоединенном трубопроводе или также, по меньшей мере, широкополосные шумы, исходящие от протекающей среды. Вследствие почти неизбежной в практике вызывающей сомнение чувствительности сенсоров колебаний к колебаниям в плоскости вторичных колебаний это ведет к тому, что полученные при таких обстоятельствах сигналы сенсоров, соразмерно доле участия, отражают как колебания измерительной трубы в плоскости первичных колебаний, так и корреспондирующие колебания в плоскости вторичных колебаний в одной значимой для точности мере, идентификация долей сигнала в плоскости первичных или вторичных колебаний по причине в основном одинаковых частот корреспондирующих колебаний практически невозможна. Кроме этого, при достаточно сильной механической связи типов колебаний обеих плоскостей колебаний возможна также передача энергии колебаний - спонтанно или периодически от плоскости первичных колебаний к плоскости вторичных колебаний и соответственно наоборот от плоскости вторичных колебаний к плоскости первичных колебаний.
Вследствие этого сигналы от сенсоров могут иметь характерную пульсацию, вредную для их обработки, так и для регулирования колебаний, базирующегося на сигналах сенсоров. Далее колебательные движения в плоскости вторичных колебаний, даже если они возбуждены теперь непосредственно внешними нарушениями или опосредованно из-за указанной выше передачи энергии от плоскости первичных колебаний плоскости вторичных колебаний, могут привести к тому, что сигналы сенсоров могут иметь периодически завышенный уровень сигнала, с последствием, что входной усилитель, принимающий и обрабатывающий сигналы сенсоров, должен иметь соответственно требующих больших затрат размеры и, таким образом, быть сравнительно дорогим.
Для подавления таких происходящих в плоскости вторичных колебаний в целом очень вредных колебаний является обычным при в основном остающихся одинаковых эффективных массах повышать при этих колебаниях эффективную жесткость измерительной трубы в сравнении с эффективной жесткостью измерительной трубы при колебаниях в плоскости первичных колебаний и таким образом действенно отделять друг от друга резонансные частоты от корреспондирующих друг с другом типов колебаний в плоскостях первичных или вторичных колебаний. Типичным образом при этом стремятся к разносу частот более 30 Гц. В US-A 5602345 для этого, например, предлагается применение пружинного элемента, выполненного в виде плоского ребра, дополнительно установленного на соответствующей измерительной трубе от стороны впуска до стороны выпуска в непосредственной близости к соответствующим зонам соединения. Другая возможность разделения типов колебаний в плоскости первичных колебаний от корреспондирующих типов колебаний в плоскости вторичных колебаний описана в документе US-A 5291792. В предложенном там измерительном преобразователе эффективная жесткость измерительной трубы для колебаний в плоскости вторичных колебаний повышена за счет того, что измерительная труба пригружена расположенным в ее центре пружинным элементом соответственно действующей в виде простирающейся в измерительном преобразователе в основном в радиальном направлении к измерительной трубе и уравновешивающему устройству, здесь U-образной, ужесточающей пружины, которая в незначительной мере влияет на кориолисовый тип в плоскости первичных колебаний. Благодаря этому может достигаться, что частота колебаний в полезном типе достаточно сильно отрывается от частоты невольных, т.е. создающих помехи колебаний, и таким образом в значительной мере подавляется влияние таких создающих помехи колебаний. В качестве альтернативы в упомянутой немецкой заявке на патент 102007050686.6 было предложено применять для разделения частот ″децентрализованные″, расположенные со стороны впуска и выпуска вблизи зон соединения пружинные элементы.
В качестве другой причины таких, в частности, оказывающих влияние на точку нуля нарушений сигналов, измеряющих колебания, - особенно также, при, по меньшей мере, в лабораторных условиях отлично отбалансированной в отношении плотности и позволяющей колебания только в плоскости первичных колебаний внутренней части,- к тому же можно было бы назвать идентификацию присоединительных трубопроводов, о чем идет дискуссия в собственных не опубликованных немецких заявках на патенты 102006062220.0, 102006062219.7 или 102006062185.9. В соответствии с расчетом в перечисленных выше заявках на патенты предлагалось противодействовать этим нарушениям с помощью направленно приспособленной прокладки трубопроводов вдоль внутренней стороны до корпуса преобразователя.
Хотя названные выше мероприятия - по отдельности или в комбинации - привели вполне к значительному повышению точности измерения измерительных преобразователей рассматриваемого вида, в частности, также стабильности их точки нуля, широкие исследования, проведенные, в частности, в лабораторных условиях и в значительной мере свободно от вибрации, создающей помехи, позволили обнаружить - хотя и незначительные, но существенные для экстремально высокой точности, к которой стремятся для такого измерительного преобразователя - отклонения точки нуля, которые не смогли объясниться ни одним из вышеперечисленных феноменов. В частности, при этом - несмотря на значительное устранение или предотвращение упомянутых выше нарушений - должна констатироваться все еще определенная зависимость точки нуля от ситуации встройки, которая сама к тому же показывает определенную зависимость от места.
Другие источники нарушений, потенциально снижающие точность измерений, в частности, стабильность точки нуля измерительных преобразователей рассматриваемого вида, как где-то электромагнитные переменные поля или, как среди прочего описано в документе US-A 7299699, колебательное трение, усталость материала или разупрочнение соединений элементов конструкции, которые могли бы при этом равным образом исключены, не смогли объяснить, по меньшей мере, размер наблюдаемых смещений точки нуля.
В лабораторных опытах с магнитным полем, созданным катушкой Гельмгольца - известным в значительной степени однородностью - соответствующий измерительный преобразователь рассматриваемого вида испытывался при различном положении встраивании, при этом в итоге поразительным образом были идентифицированы постоянные магнитные поля в качестве возможного источника нарушений для до сих пор неясных высоких наблюдаемых смещений точки нуля. В дальнейшем смогли определить также особое влияние в упомянутом выше смысле в повышенной мере зависящего от места магнитного поля Земли в качестве причины зависимости от места точки нуля или, более того, зависимость места от его изменений, причем ввиду более слабого на несколько порядков величин магнитного поля Земли по сравнению со скорее высокой напряженностью поля примерно в 800 мТ, которая вызывает регулярные измеряемые напряжения в сенсорах колебаний, является вполне поразительной чувствительность сенсоров колебаний к местным изменениям плотности поля.
Возможность преодоления названной выше проблемы после этого должна, по-видимому, заключаться, например, в том, чтобы так выполнить корпус преобразователя, чтобы существенным образом уменьшилось его эффективное магнитное сопротивление. Это вдобавок потребовало бы применение материалов со сравнительно высокой относительной магнитной проводимостью, как автоматная сталь или конструкционная сталь. Следует учесть, что такие материалы, которые рассмотрены, например, также в US-В 6330832, могут не всегда в полном объеме соответствовать высоким требованиям к промышленно пригодным измерительным преобразователям рассматриваемого вида, так что в этом случае и без этого должны применяться мероприятия, еще более повышающие затраты на материалы и/или изготовление.
Поэтому задача изобретения состоит в том, чтобы улучшить измерительный преобразователь названного выше вида в том отношении, чтобы могла бы быть достигнута существенно более низкая зависимость точности измерения от фактического положения встройки и/или от фактического места установки измерительного преобразователя. Причем это достигается со сравнимыми или несущественно более высокими затратами в части изготовления и/или материалов в сравнении с обычными измерительными преобразователями.
Поставленная задача решена посредством измерительного преобразователя вибрационного типа для среды, протекающей в трубопроводе, причем измерительный преобразователь включает, по меньшей мере, периодически вибрирующую измерительную трубу для прохождения подлежащей измерению среды, уравновешивающее устройство, которое установлено на измерительной трубе со стороны впуска при образовании первой зоны соединения и которое установлено на измерительной трубе со стороны выпуска при образовании второй зоны соединения, по меньшей мере, одного, в частности, электродинамического генератора колебаний, для, например, различного генерирования механических колебаний, по меньшей мере, измерительной трубы относительно уравновешивающего устройства, а также, по меньшей мере, одного, в частности, электродинамического, первого сенсора колебаний для, например, различной регистрации колебаний, по меньшей мере, измерительной трубы относительно уравновешивающего устройства. В предложенном согласно изобретению измерительном преобразователе, по меньшей мере, один сенсор колебаний к тому же имеет катушку, установленную на уравновешивающем устройстве, а также связанный с ней магнитным способом постоянный магнит, который расположен внутри, по меньшей мере, соразмерно доле участия состоящего из магнитного проводящего ток материала магнитного стакана, и зафиксирован там же на дне стакана, закрепленном, например, на измерительной трубе. Кроме того, в предложенном согласно изобретению измерительном преобразователе предусмотрено, что стенка магнитного стакана, образованная, например, в основном в форме кругового цилиндра и/или трубы, простирающаяся от дна стакана, например, в основном в направлении уравновешивающего устройства и/или в направлении изгибных колебаний измерительной трубы относительно уравновешивающего устройства, имеет, по меньшей мере, шлиц, например, по меньшей мере, участками простирающийся в направлении колебаний измерительной трубы относительно уравновешивающего устройства.
Кроме этого, изобретение относится к встроенному измерительному прибору, образованному в виде кориолисового массового расходомера, плотномера, вискозиметра или тому подобного, для измерения и/или контроля, по меньшей мере, одного параметра, например, массового расхода, плотности и/или вязкости среды, протекающей в трубопроводе, причем во встроенном измерительном приборе находится измерительный преобразователь названного выше вида.
Далее измерительный преобразователь, в частности, сформирован так, что он имеет, по меньшей мере, один первый естественный тип колебаний, в котором, по меньшей мере, измерительная труба может совершать изгибные колебания в виртуальной плоскости первичных колебаний. Этот аспект предложенного согласно изобретению измерительного преобразователя в части усовершенствования предусмотрен за счет того, что при работе измерительная труба с помощью, по меньшей мере, одного генератора колебаний возбуждена, по меньшей мере, периодически таким образом, что она, по меньшей мере, соразмерна доле участия, в частности, преимущественно или исключительно колеблется в виртуальной плоскости первичных колебаний.
Предпочтительным является то, что катушка сенсора колебаний установлена на уравновешивающем устройстве.
Постоянный магнит, по меньшей мере, одного сенсора колебаний механически соединен с измерительной трубой.
Дно магнитного стакана, по меньшей мере, одного сенсора колебаний закреплено на измерительной трубе.
Предпочтительным является то, что образованный, в частности, продолговатым и/или в форме стержня постоянный магнит и катушка, по меньшей мере, одного сенсора колебаний установлены в основном коаксиально друг к другу.
Постоянный магнит, по меньшей мере, одного сенсора колебаний и стенка стакана установлены проходящими коаксиально друг к другу.
Постоянный магнит, предпочтительно, по меньшей мере, одного сенсора колебаний установлен в основном в центре дна стакана.
Постоянный магнит, по меньшей мере, одного сенсора колебаний и, по меньшей мере, шлиц, по меньшей мере, участками, в частности, преимущественно или полностью, выполнены проходящими в основном параллельно друг другу.
По меньшей мере, один шлиц, по меньшей мере, участками, в частности, преимущественно или полностью, является в основном прямым.
По меньшей мере, один шлиц простирается, по меньшей мере, до дна стакана.
Предпочтительным является то, что, по меньшей мере, один шлиц простирается до, в частности, в основном обращенного к уравновешивающему устройству свободного края магнитного стакана. Целесообразным является то, что, по меньшей мере, один шлиц, начиная от свободного края магнитного стакана, обращенного, в частности, к уравновешивающему устройству, простирается, по меньшей мере, до дна стакана вдоль стенки стакана.
Дно стакана снабжено прорезью.
По меньшей мере, один шлиц простирается, по меньшей мере, участками вдоль дна стакана, например, в направлении радиуса дна стакана.
Постоянный магнит, по меньшей мере, одного сенсора колебаний прорезан, по меньшей мере, участками.
Предпочтительно постоянный магнит, по меньшей мере, одного сенсора колебаний имеет, по меньшей мере, один, в частности, по меньшей мере, участками простирающийся в направлении колебаний измерительной трубы относительно уравновешивающего устройства шлиц. По меньшей мере, один шлиц постоянного магнита простирается до свободного края постоянного магнита, обращенного в основном к уравновешивающему устройству.
Измерительная труба, по меньшей мере, соразмерно доле участия, в частности преимущественно или полностью, состоит из материала, который имеет более низкую магнитную проводимость, чем материал, из которого, по меньшей мере, преимущественно состоит уравновешивающее устройство.
Предусмотрено, что уравновешивающее устройство, по меньшей мере, соразмерно доле участия, в частности, преимущественно или полностью, состоит из магнитного проводящего ток материала.
Уравновешивающее устройство, по меньшей мере, соразмерно доле участия, в частности, преимущественно или полностью, состоит из магнитного проводящего ток материала с относительной проницаемостью, по меньшей мере, 10, в частности, более 100.
Уравновешивающее устройство, по меньшей мере, соразмерно с долей участия, в частности, преимущественно или полностью, состоит из стали, в частности, автоматной стали или конструкционной стали.
Постоянный магнит, по меньшей мере, одного сенсора колебаний, по меньшей мере, соразмерно доле участия, в частности, преимущественно или полностью, состоит из редкоземельного сплава, как, например, AlNiCo, NyFeB, SmCo или т.п.
Постоянный магнит, по меньшей мере, одного сенсора колебаний, по меньшей мере, соразмерно доле участия, в частности, преимущественно или полностью, состоит из феррита.
Магнитный стакан, по меньшей мере, одного сенсора колебаний, по меньшей мере, соразмерно доле участия, например, преимущественно или полностью состоит из стали, в частности, автоматной стали или конструкционной стали.
Предусмотрено, что магнитный стакан, по меньшей мере, одного сенсора колебаний, по меньшей мере, соразмерно доле участия, например, преимущественно или полностью, состоит из феррита.
Уравновешивающее устройство, по меньшей мере, соразмерно доле участия, например, преимущественно или полностью, состоит из стали, в частности, автоматной стали или конструкционной стали.
Измерительная труба, по меньшей мере, соразмерно доле участия, например, преобладающим образом или полностью, состоит из, например, нержавеющей и/или аустенитной стали, в частности, 316L, 318L или никелевого сплава, например, хастеллоя.
Предусмотрено, что измерительная труба, по меньшей мере, соразмерно доле участия, например, преимущественно или полностью, состоит из титана.
Измерительная труба, по меньшей мере, соразмерно доле участия, например, преимущественно или полностью, состоит из тантала.
Измерительная труба, по меньшей мере, соразмерно доле участия, в частности преимущественно или полностью, состоит из циркония.
Магнитный стакан, по меньшей мере, одного сенсора колебаний имеет, по меньшей мере, также несколько и/или, по меньшей мере, проходящих в основном параллельно друг другу внутри стенки стакана и/или в основном единообразных шлицев.
Предусмотрено, что магнитный стакан, по меньшей мере, одного сенсора колебаний имеет, по меньшей мере, два, например, несколько проходящих внутри дна стакана, в частности, в основном проходящих радиально и/или в основном единообразных шлицев.
Постоянный магнит, по меньшей мере, одного сенсора колебаний имеет, по меньшей мере, два, например, несколько и/или проходящих в основном параллельно друг другу и/или в основном однообразных шлицев.
Предпочтительным является то, что, по меньшей мере, одному генератору колебаний при работе, по меньшей мере, периодически подан электрический задающий сигнал, вызывающий колебания измерительной трубы, например, изгибные колебания измерительной трубы в виртуальной плоскости первичных колебаний.
Предусмотрено, что первый сенсор колебаний и, по меньшей мере, один генератор колебаний образованы в основном одинаково по конструкции.
По меньшей мере, один генератор колебаний включает, по меньшей мере, одну, например, механически соединенную с уравновешивающим устройством, в частности, жестко соединенную катушку. В усовершенствованном варианте предусмотрено, что, по меньшей мере, один генератор колебаний имеет постоянный магнит, магнитным образом связанный с катушкой, который расположен внутри, по меньшей мере, соразмерно доле участия состоящего из магнитного проводящего ток материала магнитного стакана и зафиксирован там же на, в частности, закрепленном на измерительной трубе дне стакана. С целью дальнейшего повышения точности измерительного преобразователя дальше предлагается, что образованная в основном в форме круглого цилиндра и/или трубы, простирающаяся от дна стакана, по меньшей мере, одного генератора колебаний, например, в направлении уравновешивающего устройства и/или в направлении изгибных колебаний измерительной трубы относительно уравновешивающего устройства стенка магнитного стакана имеет, по меньшей мере, один, например, простирающийся, по меньшей мере, участками в направлении колебаний измерительной трубы относительно уравновешивающего устройства шлиц.
Первый сенсор колебаний установлен на измерительной трубе со стороны впуска. В предпочтительном варианте выполнения измерительный преобразователь включает далее, по меньшей мере, например, в основном одинаковой конструкции с первым сенсором колебаний и/или расположенный на измерительной трубе второй сенсор колебаний.
Измерительная труба, по меньшей мере, частично окружена уравновешивающим устройством (20).
Уравновешивающее устройство в основном имеет форму трубы.
Предусмотрено, что уравновешивающее устройство в основном является прямолинейным.
Измерительная труба в основном является прямолинейной. Уравновешивающее устройство в основном имеет форму трубы и является в основном прямолинейным. Благодаря этому далее также возможно устанавливать измерительную трубу в основном коаксиально друг к другу и/или сделать возможным также уравновешивающему устройству при работе совершать, по меньшей мере, периодически изгибные колебания вокруг оси изгибных колебаний, лежащих в основном в одной плоскости, в частности, с изгибными колебаниями измерительной трубы. Кроме этого, таким образом может измерительная труба, например, с целью измерения вязкости при работе совершать крутильные колебания вокруг в основном параллельной оси изгибных колебаний, в частности, совпадающей осью крутильных колебаний.
Предусмотрено, что измерительная труба с остающимся постоянным, в частности, имеющим форму кругового кольца поперечным сечением простирается между обеими зонами соединения.
Измерительная труба имеет в основном цилиндрическую форму, в частности, форму круглого цилиндра.
Измерительный преобразователь включает далее образующийся при помощи измерительной трубы, уравновешивающего устройства, генератора колебаний и внутренней части измерительного преобразователя, исполненной, по меньшей мере, в виде сенсора колебаний, корпус преобразователя.
Измерительная труба с помощью впадающей со стороны впуска части впускной трубы и с помощью впадающей части выпускной трубы соединена с трубопроводом. В усовершенствованном варианте измерительный преобразователь включает установленный на части впускной трубы и на части выпускной трубы корпус преобразователя.
Изобретение базируется на том, что с одной стороны преимущественно постоянные составляющие магнитных полей, действующих извне на измерительный преобразователь рассматриваемого вида, оказывают в смысле желаемой точности измерений существенное влияние на точку нуля, но с другой стороны меньше движения катушки в магнитном поле, как таковое, ведут к соответствующим помехам в измерительных сигналах, идущих от сенсоров колебаний, а скорее к периодическому варьированию относительного расстояния между вибрирующей трубой и уравновешивающим устройством. Это опять же, в частности, потому, что из-за периодического варьирования относительного расстояния в конечном счете магнитного сопротивления внутренней части периодически изменяются пространственное распределение магнитного поля внутри измерительного преобразователя в целом и при этом следом также плотность магнитного поля в области сенсоров колебаний в тактах частот колебаний полезного типа. Вследствие временного изменения плотности магнитного поля в области сенсоров колебаний, во-первых, в катушке, как также и в присоединенных трубопроводах, могут индуцироваться соответствующие напряжения, во-вторых, также могут в металлических частях, занимающих большую площадь, образовываться вихревые токи, которые сами опять же могут иметь своим последствием индукцию напряжения в сенсоре колебаний. Особое значение для нарушений описанного вида имеет обычно применяемый при таких сенсорах колебаний магнитный стакан.
Основная идея изобретения, кроме прочего, заключается в том, нарушения точки нуля, возникающие из-за магнитного поля Земли в измерительном преобразователе или вследствие периодических изменений плотности поля в области сенсоров колебаний, эффективно можно уменьшить простым способом с помощью того, что идентифицируемый в качестве больного места в смысле стабильной точки нуля магнитный стакан модифицируется с помощью шлицев приемлемым образом, а именно при в значительной мере по возможности сохранении в измерительных преобразователях рассматриваемого рода устраивающих конструктивных форм и материалов, как также, впрочем, хороших свойств в части направления и гомогенизации магнитного поля постоянного магнита внутри сенсора колебаний, способствующему подходящему эффекту измерения.
Помимо того, что влияние магнитного поля будет в общем тем меньше, чем больше шлицев будет в магнитном стакане, оказалось удивительным, что уже при применении сенсоров колебаний с соответственно одним-единственным проходящим вдоль стенки стакана шлицем может быть достигнуто существенное повышение стабильности точки нуля соответствующего измерительного преобразователя. Наоборот, количество и/или размер фактически формируемых в конечном счете в магнитном стакане шлицев, по меньшей мере, в этом отношении имеют пределы, так как из-за них снижаются прочность при вибрации и жесткость магнитного стакана, и при этом впоследствии увеличивается склонность магнитного стакана к нежелательной собственной вибрации. Равным образом число шлицев имеет смысл ограничивать по возможности небольшим количеством с целью достаточной гомогенизации и для управления магнитным полем постоянного магнита, подходящего собственным измерениям. Нивелирование затрат и пользы на практике скорее приводит к тому, что примерно от двух до четырех таких шлицев на сенсор колебаний дают вполне удовлетворяющие результаты для обычно желаемой точности измерения, а также в смысле возможно меньших затрат на изготовление.
Изобретение и его предпочтительные варианты выполнения более подробно поясняются с помощью примера, который представлен на чертежах. Одинаковые части на фигурах обозначены одинаковыми позициями. Если это нужно для наглядности, то в последующих фигурах отказываются от уже упомянутых обозначений.
На чертежах представлено следующее:
фиг.1 - устанавливаемый в трубопроводе встроенный измерительный прибор для измерения, по меньшей мере, одного параметра текущей в трубопроводе среды,
фиг.2 - измерительный преобразователь вибрационного типа, предназначенный для встроенного измерительного прибора по фиг.1, с измерительной трубой и уравновешивающим устройством, а также дополнительными опорами на концевых сторонах, вид сбоку в перспективе,
фиг.3 - измерительный преобразователь по фиг.2, в разрезе,
фиг.4 - измерительный преобразователь по фиг.2 в первом поперечном сечении,
фиг.5 - измерительный преобразователь по фиг.2 во втором поперечном сечении,
фиг.6 (a-d) - схематичные изгибные линии измерительной трубы и уравновешивающего устройства, колеблющихся в латеральном типе изгибных колебаний,
фиг.7а, b - различные виды магнитного стакана сенсора колебаний для измерительного преобразователя по фиг.2,
фиг.8а, b - различные виды магнитного стакана генератора колебаний для измерительного преобразователя по фиг.2.
На фиг.1 показан устанавливаемый в трубопроводе - здесь не изображенном -например, образованный в качестве кориолисового прибора для измерения массового расхода, плотномера, вискозиметра или т.п. встраиваемый измерительный прибор, который служит для измерения и/или контроля, по меньшей мере, одного параметра, например, массового расхода, плотности, вязкости и т.д. жидкости, текущей в трубопроводе. Для этого встраиваемый измерительный прибор включает электрически присоединенный к установленной в соответствующем корпусе 200 электроники - здесь не изображенной - рабочей и обрабатывающей электронике встраиваемого измерительного прибора измерительный преобразователь вибрационного типа, через который при работе проходит подлежащая измерению среда.
На фиг.2-5 схематично в разрезе представлено устройство такого измерительного преобразователя вибрационного типа. Кроме того, принципиальное механическое устройство, а также принцип действия показанного в качестве примера измерительного преобразователя могут быть сопоставлены с теми измерительными преобразователями, которые представлены в US-A 2007/0119265, US-A 2007/0119264, US-B 6691583, US-B 6840109.
Измерительный преобразователь служит для того, чтобы в проходящей среде вызвать механические реакции, например, зависящие от массового расхода кориолисовые силы, зависящие от плотности силы инерции и/или зависящие от вязкости силы трения, которые воздействуют на измерительный преобразователь и могут быть измерены, в частности, зарегистрированы сенсорами. Производным от этих реакций могут стать измеряемые известным специалисту способом, например, массовый расход m, плотность ρ и/или вязкость η среды. Для прохождения среды измерительный преобразователь включает, по меньшей мере, - в показанном здесь варианте выполнения единственную, в основном прямолинейную - измерительную трубу 10, которая при работе может вибрировать, например, по естественному типу изгибных колебаний и/или по естественному типу крутильных колебаний и при этом, колеблясь вокруг статичного положения покоя, повторно упруго деформируется. При этом измерительный преобразователь имеет, по меньшей мере, первый естественный тип колебаний, по которому, по меньшей мере, измерительная труба может совершать изгибные колебания в виртуальной плоскости XZ первичных колебаний.
Для минимизации действующего на измерительную трубу 10 создающего помехи влияния, как и для уменьшения энергии колебаний, отдаваемой со стороны измерительного преобразователя присоединенному трубопроводу, в измерительном преобразователе далее предусмотрено - здесь проходящее в основном прямолинейно и в основном параллельно измерительной трубе 10 - уравновешивающее устройство 20. Оно, как также показано на фиг.2, установлено соответственно на измерительной трубе 10 при образовании - практически определяющей конец впуска измерительной трубы 10 - первой зоны 11≠ соединения со стороны впуска и при образовании - практически определяющей конец выпуска измерительной трубы 10 - второй зоны 12≠ соединения со стороны выпуска.
Уравновешивающее устройство 20 может быть выполнено, например, в форме трубы или ящика и, например, таким образом соединено на конце впуска и на конце выпуска с измерительной трубой 10, что оно, как при подобного рода измерительных преобразователей, вполне обычно установлено в основном коаксиально - здесь в основном прямолинейно - измерительной трубе 10 и таким образом измерительная труба 10, по меньшей мере, частично окружена уравновешивающим устройством 20. Согласно изобретению уравновешивающее устройство в части своей массы и жесткости на изгиб далее так подобрано к измерительной трубе, что в сравнении с изгибными колебаниями измерительной трубы совершает вполне заметные одинаковые по частоте изгибные колебания и в этом отношении при работе совершает также, по меньшей мере, периодически изгибные колебания вокруг оси изгибных колебаний. Но может быть также преимуществом, если уравновешивающее устройство 20 выбрано более тяжелым, чем измерительная труба 10, так что оно в сравнении с измерительной трубой, по меньшей мере, номинально имеет меньшую собственную частоту и таким образом при работе едва колеблется или, по меньшей мере, в сравнении с измерительной трубой не может совершать каких-либо заметных колебаний.
Для входа и выхода подлежащей измерению среды в и из измерительной трубы 10 она через впадающую со стороны впуска в области первой зоны соединения часть 11 впускной трубы и впадающую со стороны выпуска в области второй зоны соединения часть, в частности, в основном идентичную части 11 впускной трубы, часть 12 выпускной трубы соответственно присоединена к не изображенному здесь трубопроводу, подводящему или отводящему среду. Часть 11 впускной трубы и часть 12 выпускной трубы в показанном примере осуществления образованы в основном прямыми и установлены коаксиально друг к другу, к измерительной трубе 10, а также к практически соединяющей зоны соединения воображаемой продольной оси L. Полезным образом измерительная труба 10, часть 11 впускной трубы и часть 12 выпускной трубы могут быть выполнены в виде единого целого, так что для их изготовления может служить, например, одна имеющая форму трубы заготовка. Вместо образования из измерительной трубы 10 части 11 впускной трубы и части 12 выпускной трубы соответственно с помощью сегментов одной, представляющей целое трубы, они могут, если нужно, изготавливаться также с помощью отдельных, впоследствии соединенных, например сваренных, полуфабрикатов. Измерительная труба выполнена таким образом, что она между обеими зонами соединения простирается с остающимся в основном постоянным, в частности, имеющим форму круглого кольца поперечным сечением. В частности, далее предусмотрено, что измерительная труба 10 выполнена в основном цилиндрической, в частности, в форме круглого цилиндра.
Внутренняя часть измерительного преобразователя, образованная с помощью измерительной трубы 10, уравновешивающего устройства 20, части 11 впускной трубы и части 12 выпускной трубы, как видно из фиг.1 и 2, далее установлена с возможностью колебания в корпусе 30 преобразователя, окружающем герметично в отношении самой среды и в значительной мере прочно на сжатие саму внутреннюю часть, который соответственно установлен на соответственно удаленных от зоны соединения концах частей 11, 12 впускной и выпускной труб. Для случая, когда измерительный преобразователь может монтироваться на трубопроводе разъемным способом части 11 впускной трубы и части 12 выпускной трубы соответственно приданы первый соответственно второй фланцы 13, 14. При этом фланцы 13, 14 могут быть одновременно выполнены также в качестве интегральной составной части измерительного преобразователя 30. Если нужно, части 11, 12 впускной и выпускной труб могут соединяться прямо с трубопроводом, например, с помощью сварки или пайки твердым припоем.
ехс
exc
exc
Для создания механических колебаний измерительной трубы 10 - будь то изгибные и/или крутильные колебания - далее измерительный преобразователь включает, в частности, электродинамическую систему 40 возбуждения. Она служит для того, чтобы с помощью рабочей и обрабатывающей электроники посланному соответственно условному задающему сигналу, например, с помощью регулируемого тока и/или регулируемого напряжения, подведенную электрическую энергию Е для возбуждения преобразовать в возбуждающую силу F, воздействующую на измерительную трубу 10 в форме импульсов, в виде тактов или гармоник и описанным выше способом упруго деформирующую ее. Возбуждающая сила F может быть при этом, как изображено на фиг.4, двухсторонней, но также и не двухсторонней и известным специалисту способом может регулироваться, например, с помощью схемы регулирования тока и/или напряжения, в части ее амплитуды и, например, с помощью фазового контура регулирования в части ее частоты. В частности, система 40 возбуждения, как вполне обычно для подобного рода измерительных преобразователей, далее образована и расположена в измерительном преобразователе так, что она воздействует снаружи в основном посередине измерительной трубы 10 и/или, по меньшей мере, местами вдоль виртуальной средней линии окружности измерительной трубы, на которой установлена. В качестве системы 40 возбуждения может служить простая различно воздействующая на измерительную трубу 10 и уравновешивающее устройство 20 электродинамическая система с подвижной катушкой, с, по меньшей мере, одной непосредственно или - как показано на фиг.2 и 4 - опосредованно закрепленной на уравновешивающем устройстве 20 цилиндрической катушки 41а возбуждения, через которую при работе пропускается соответствующий ток возбуждения или ответвленный от него частичный ток возбуждения, и с имеющим свойства постоянного магнита сердечником 41b, по меньшей мере, периодически погружающимся в катушку возбуждения 41а, который снаружи, в частности, в середине и/или опосредованно установлен на измерительной трубе 10. В представленном здесь варианте выполнения, по меньшей мере, одна катушка возбуждения системы возбуждения 40 установлена на - здесь соединенным с измерительной трубой 10 - рычаге 41′ и через него и при согласованности с - здесь снаружи установленным на уравновешивающем устройстве 20 - сердечником 41b воздействует на измерительную трубу и уравновешивающее устройство 20. Показанная система 40 возбуждения, кроме этого, имеет три другие соответственно местами воздействующие на измерительную трубу 10 и уравновешивающее устройство 20 системы 42, 43, 44 с подвижными катушками названного выше типа. В качестве альтернативы к названным выше электродинамическим системам с подвижными катушками система 40 может быть реализована, например, также с помощью электромагнитов или также с помощью сейсмического возбудителя. Впрочем, к тому же в измерительных преобразователях названного выше вида также возможно соответствующую катушку и/или сердечник возбудителя колебаний при отказе от посредничающего рычага, например, прямо закрепить на измерительной трубе или уравновешивающем устройстве.
1
Для регистрации колебаний, по меньшей мере, измерительной трубы 10 относительно уравновешивающего устройства 20 измерительный преобразователь содержит, в частности, электродинамический и/или выборочно регистрирующий относительные колебания измерительной трубы и уравновешивающего устройства сенсор 51 колебаний, который при работе, по меньшей мере, периодически подает измерительный сигнал s, представляющий вибрацию измерительной трубы 10. По меньшей мере, один сенсор 51 колебаний имеет, как это принято для подобного рода измерительных преобразователей - здесь установленную на уравновешивающем устройстве 20, - катушку 51а и связанный с ней магнитным образом - здесь закрепленный на измерительной трубе 10 - образованный в виде постоянного магнита сердечник 51b. Согласно исполнению изобретения постоянный магнит, по меньшей мере, соразмерно доле участия состоит, в частности, преимущественно, по меньшей мере, соразмерно доле участия, в частности, преимущественно или полностью из редкоземельного сплава, что-то примерно AlNiCo, NyFeB, SmCo или нечто подобного. В качестве альтернативы или дополнения постоянный магнит может быть изготовлен также из феррита.
Катушка 51а по возможности близко расположена - здесь установленному на уравновешивающем устройстве 20 - образованному в виде постоянного магнита сердечнику 51b и так магнитно связана с ним, что в катушке 51а сенсора индуцируется переменное измеряемое напряжение, на которое оказывают влияние латеральные относительные движения между измерительной трубой 10 и уравновешивающим устройством 20, изменяющиеся благодаря относительному расстоянию между катушкой сенсора и сердечником, и/или вращательные относительные движения между измерительной трубой и уравновешивающим устройством 20, изменяющие относительное положение катушки сенсора относительно сердечника. Если нужно, катушка сенсора 51а может быть установлена на уравновешивающем устройстве 20 и соответствующим образом связанный с ней сердечник 51b может быть установлен на измерительной трубе 10.
Постоянный магнит 51b, образованный, в частности, продолговатым или в форме стержня, опять же - как схематично представлено на фигурах 7а и 7b - расположен внутри магнитного стакана 51с, состоящего, по меньшей мере, соразмерно доле участия из магнитного проводящего ток материала и там же зафиксирован на дне 51с′ стакана, закрепленном, например, непосредственно на измерительной трубе 10. При этом может давать преимущество установка постоянного магнита 51 в основном в центре дна стакана 51с′. Согласно другому варианту выполнения изобретения магнитный стакан 51 с далее, по меньшей мере, соразмерно доле участия, в частности, преимущественно или полностью, состоит из стали типа автоматной или конструкционной стали. В качестве альтернативы или в дополнении магнитный стакан может быть также изготовлен из феррита. Начиная от дна 51с′ стакана далее простирается, в частности, образованная основном в форме круглого цилиндра и/или трубы стенка 51с″ магнитного стакана 51с. Согласно другому варианту выполнения изобретения постоянный магнит 51b и катушка 51а, по меньшей мере, одного сенсора колебаний 51 установлены проходящими коаксиально друг к другу. Для уже отмеченного случая, когда стенка 51с″ магнитного стакана 51с образована в основном в форме круглого цилиндра и/или трубы, согласно другому варианту усовершенствования изобретения далее предусмотрено устанавливать постоянный магнит 51b и стенку стакана 51с″ проходящими в основном коаксиально друг к другу.
2
Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения измерительный преобразователь содержит наряду с, по меньшей мере, одним сенсором 51 колебаний, как видно на фиг.3, по меньшей мере, другой сенсор 52 колебаний, который при работе, по меньшей мере, периодически отправляет соответствующий второй сигнал s колебаний. Для обнаружения колебаний измерительной трубы на стороне впуска и на стороне выпуска первый из, по меньшей мере, двух сенсоров 51, 52 колебаний, - как схематично показано на фиг.2 или 3 - расположен на измерительной трубе 10 на стороне впуска, в то время как второй из, по меньшей мере, двух сенсоров 51, 52 колебаний расположен на измерительной трубе 10 на стороне выпуска. Оба, в частности, имеющие в основном одинаковую конструкцию сенсоры 51, 52 колебаний при этом предпочтительным образом расположены на одной и другой стороне измерительной трубы и при этом расположены на таком расстоянии от каждой из обеих зон соединения 11≠, 12≠, что они имеют соответственно в основном одинаковое расстояние до середины измерительной трубы 10 и/или до соответственно следующей из обеих зон соединения 11≠, 12≠.
Система возбуждения 40, как и, по меньшей мере, один сенсор колебаний 51 далее с помощью соответствующих соединительных проводов электрически соединены с упомянутой рабочей и обрабатывающей электроникой встраиваемого измерительного прибора, которые опять же, по меньшей мере, участками проложены внутри корпуса преобразователя, сравните при этом, в частности, уже однажды упомянутые собственные немецкие заявки на патенты 102006062220.0, 102006062219.7 или 102006062185.9. Соединительные провода могут быть при этом образованы, по меньшей мере, соразмерно доле участия в виде электрических, по меньшей мере, участками снабженных электрической изоляцией линейными проводами, например, витыми парами проводов, плоскими ленточными кабелями и/или коаксиальными кабелями. В качестве альтернативы или в дополнении к этому соединительные провода, по меньшей мере, участками могут быть образованы также с помощью токопроводящих дорожек, в частности, гибких, при необходимости покрытых лаком печатных плат.
1
1
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения измерительная труба 10, уравновешивающее устройство 20, по меньшей мере, один сенсор 51 колебаний или сенсоры колебаний, а также система 40 возбуждения относительно их распределения массы далее в общем так согласованы друг с другом, что образованная таким образом, подвешенная с помощью частей 11, 12 впускной и выпускной труб внутренняя часть измерительного преобразователя имеет центр тяжести массы MS, который лежит, по меньшей мере, внутри измерительной трубы 10, предпочтительно, но по возможности вблизи продольной оси L измерительной трубы. К тому же внутренняя часть образована далее так, что она находится на одной прямой с частью 11 впускной трубы и частью 12 выпускной трубы и имеет, по меньшей мере, участками лежащую внутри измерительной трубы 10 первую главную ось инерции T. Вследствие расположения центра тяжести массы MS внутренней части и, в частности, благодаря описанному выше положению первой главной оси инерции T могут механически в значительной мере разъединяться друг от друга крутильные колебания и изгибные колебания измерительной трубы, по меньшей мере, в полезном типе.
1
2
Внутренняя часть измерительного преобразователя согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения выполнена таким образом, что первая главная ось инерции T в основном совпадает с упомянутой выше продольной осью L. Далее согласно другому предпочтительному варианту внутренняя часть измерительного преобразователя выполнена таким образом, что вторая главная ось инерции Т совпадает в основном с упомянутой выше средней осью.
15
16
15
16
Для дальнейшего повышения точности измерения и в подражание измерительным преобразователям, предлагаемым в однажды упомянутых US-A 2007/0186685, US-A 2007/0119265, US-A 2007/0119264, US-B 6691583 или US-B 6840109, согласно усовершенствованному варианту выполнения изобретения, предложенный в соответствии с изобретением измерительный преобразователь включает, как также видно из обзора фигур 2, 3 и 6а, далее в области соединения соединенную с частью 11 впускной трубы и измерительной трубой 10 дополнительную опору 15, которая имеет центр тяжести массы M, расположенный в области части 11 впускной трубы, а также вторую дополнительную опору 16, соединенную в области второй зоны соединения с частью 12 выпускной трубы и измерительной трубой 10, которая имеет центр тяжести массы M, расположенный в области части 12 выпускной трубы. Другими словами, обе, в частности, в основном одинаковой конструкции, при необходимости даже идентичные друг другу, дополнительные опоры 15, 16 таким образом расположены в измерительном преобразователе, что соответствующий центр тяжести массы M, M находится на расстоянии от измерительной трубы 10, в частности, располагаясь на ее оси. То есть обе дополнительные опоры 15, 16 установлены в этом отношении эксцентрически к части впускной или выпускной трубы и соответственно эксцентрически также к измерительной трубе 10 и уравновешивающему устройству 20. Принцип действия образованной таким образом внутренней части соответствует при этом внутренним частям, показанным в упомянутых US-A 2007/0186685, US-A 2007/0119265, US-A 2007/0119264, US-B 6691583 или US-B 6840109. Чтобы иметь возможность простого и не требующего больших затрат изготовления дополнительных опор и, следовательно, измерительного преобразователя, каждая из обеих дополнительных опор 15, 16 может быть сформирована в основном в форме трубы или втулки, так что она может быть практически сформирована с помощью надвигаемой на уравновешивающее устройство 20, в частности, металлической втулки, в частности, также в случае, если уравновешивающее устройство 20 уже соединено с измерительной трубой 10. Согласно усовершенствованному варианту выполнения каждая из втулок, образующих при этом соответствующую дополнительную опору 15, 16, имеет соответственно, по меньшей мере, одну кольцевую канавку, сравните при этом упомянутые US-A 2007/0186685, US-A 2007/0119264 или US-A 2007/0119265.
Для изготовления частей впускной и выпускной труб, а также измерительной трубы может практически применяться любой из обычных для такого измерительного преобразователя материалов, как, например, нержавеющая и/или аустенитная сталь, титан, тантал, цирконий или также сплавы никеля, как то хастелой. Например, показали особенно подходящими, в частности, для применения в измерительной трубе 10, а также в части 11 впускной трубы и в части 12 выпускной трубы титан, тантал, цирконий или также нержавеющая сталь, как то: 316L, 318L, в то время как из соображений экономии затрат - как для уравновешивающего устройства 20, так и для при необходимости предусмотренных дополнительных опор 15, 16, как и для также корпуса преобразователя 30 может давать преимущество применение в этом случае не требующей повышенных затрат, разумеется, но, по меньшей мере, также магнитной хорошо проводящей ток черной стали. Соответственно этому согласно другому варианту исполнения изобретения измерительная труба 10 образована так, что она, по меньшей мере, соразмерно доле участия, в частности, преимущественно или полностью, состоит из материала - например, одного из названных выше традиционных материалов - который имеет меньшую магнитную проводимость, чем материал, из которого, по меньшей мере, преимущественно или полностью, состоит уравновешивающее устройство. В частности, далее предусмотрено, что уравновешивающее устройство 20, по меньшей мере, соразмерно доле участия, в частности, преимущественно или полностью, состоит из магнитного проводящего ток материала. Преимущественно при этом уравновешивающее устройство, по меньшей мере, соразмерно доле участия, в частности, преимущественно или полностью, изготовлено из магнитного проводящего ток материала, который имеет относительную проницаемость, по меньшей мере, 10, в частности, больше 100, как то автоматной или конструкционной стали. Такие стали известны специалисту, например, также под названием Ст 37, Ст 38 или Ст 53.
При работе измерительного преобразователя измерительная труба 10 с помощью системы возбуждения 40, к которой при работе подается электрический сигнал возбуждения, - как уже было многократно описано - по меньшей мере, периодически таким образом побуждается к латеральным изгибным колебаниям в виртуальной плоскости XZ первичных колебаний, в частности в области естественной резонансной частоты соответствующего естественного типа колебаний, что она изгибается по так называемому полезном типу, по меньшей мере, соразмерно доле участия, в частности преимущественно согласно естественной первой форме собственных колебаний. Изгибные колебания по полезному типу при этом в основном ориентированы поперечно к оси изгибных колебаний, в основном параллельной, в частности, совпадающей с продольной осью L, которая воображаемо соединяет друг с другом обе зоны 11≠ 12≠ соединения. Далее предусмотрено, что измерительная труба при работе возбуждена, по меньшей мере, периодически с помощью системы возбуждения таким образом, что она преимущественно или исключительно колеблется в виртуальной плоскости первичных колебаний.
exc
Измерительная труба 10 с помощью соответственно снабженной системы возбуждения при этом возбуждается с частотой колебаний f, которая по возможности точно соответствует естественной резонансной частоте так называемого f1-собственного типа измерительной трубы 10, т.е. симметричному собственному типу, при котором, как схематично представлено на фиг.6b-6d, вибрирующая, однако, в отсутствие протекающей среды измерительная труба 10 в основном симметрично выгибается относительно средней оси перпендикулярной продольной оси L и при этом имеет в основном собственную выпуклость колебаний, сравните для этого, например, также упомянутые US-A 2007/0119265, US-A 2007/0119264, US-B 6691583 или US-B 6840109. Равным образом уравновешивающее устройство 20, как схематично представлено на фиг.5b, при работе измерительного преобразователя точно также побуждается к изгибным колебаниям, которые лежат в одной плоскости, однако образованы в основном противоположными по фазе изгибными колебаниями измерительной трубы 10. Таким образом, измерительная труба 10 и уравновешивающее устройство 40 при работе колеблются, по меньшей мере, периодически и/или соразмерно доле участия латерально по полезному типу, в котором они вместе совершают в основном лежащие в одной плоскости изгибные колебания в виртуальной плоскости XZ первичных колебаний.
10
20
10,H20
20
10,H20
20
10
10,воздух
10,H2O
Для случая, когда среда течет по трубопроводу и таким образом массовый расход m отличен от нуля, с помощью вибрирующей названным выше способом измерительной трубы 10 в проходящей среде индуцируются кориолисовые силы. Они опять же действуют на измерительную трубу 10 и вызывают таким образом дополнительные, регистрируемые сенсорами - здесь однако не показанные - деформации измерительной трубы 10 согласно естественной второй форме собственных колебаний, которая в основном будучи лежащий в одной плоскости наложена на возбужденный полезный тип. Вследствие этого измерительная труба колеблется также по кориолисовому типу в основном вдоль виртуальной плоскости XZ первичных колебаний. При этом мгновенные проявления деформации измерительной трубы 10, частности, их амплитуда, также зависят от мгновенного массового расхода. В качестве второго типа собственных колебаний, так называемого кориолисового типа, как обычно у подобного рода измерительных преобразователей, может служить форма собственных колебаний антисимметричного f2-собственного типа, т.е. те с двумя выпуклостями и/или форма собственных колебаний антисимметричного f4-собственного типа с четырьмя выпуклостями колебаний. Далее согласно исполнению изобретения размеры измерительной трубы 10 и уравновешивающего устройства 20 определены так, что пустая измерительная труба 10 имеет самую низкую естественную собственную частоту f, которая больше или равна самой низкой естественной собственной частоте f уравновешивающего устройства 20. В частности, размеры измерительной трубы 10 и уравновешивающего устройства 20 при этом определены так, что заполненная водой измерительная труба 10 имеет самую низкую естественную собственную частоту f, которая, по меньшей мере, равна самой низкой естественной собственной частоте f уравновешивающего устройства 20. Согласно другому варианту исполнения изобретения далее предусмотрено так согласовывать друг с другом измерительную трубу 10 и уравновешивающее устройство 20 относительно их колебательных свойств, что самая низкая естественная собственная частота f измерительной трубы 10 даже в том случае соответствует, по меньшей мере, 1,1-кратной самой низкой естественной собственной частоте f уравновешивающего устройства 20, когда полностью заполнена водой. При измерительной трубе из титана с номинальным внутренним диаметром DN около 55 мм, длиной, L около 570 мм и толщиной стенки около 2,5 мм естественная резонансная частота f f1-собственного типа пустой трубы составляла бы около 550 Гц, в то время как естественная резонансная частота ff1-собственного типа измерительной трубы, заполненной водой, составляла бы 450 Гц.
Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения измерительная труба далее, в частности, также в подражание измерительному преобразователю, показанному в US-B 6840109, совершает при работе, по меньшей мере, периодически, в частности, синхронно с названными выше изгибными колебаниями крутильные колебания вокруг оси крутильных колебаний в основном параллельной продольной оси L или названной выше оси изгибных колебаний. Ось крутильных колебаний, ось изгибных колебаний, как и продольная ось L, как принято у подобного рода измерительных преобразователей, в основном могут совпадать. Для описанной выше измерительной трубы 10, например, самая низкая естественная резонансная частота для крутильных колебаний получалась бы в области около 750 Гц.
Как уже было отмечено в измерительных преобразователях названного выше типа, в частности, с немагнитной измерительной трубой и в сравнении с ней скорее магнитным уравновешивающим устройством, особая проблема заключается в том, что равным образом магнитный сердечник и/или магнитный стакан во времени изменяет плотность во всяком случае введенных извне в измерительный преобразователь и пересекающихся в области сенсоров колебаний магнитных полей В, как примерно магнитное поле Земли, вследствие этого могут индуцироваться напряжения помех и накладываться на собственный измеряемый сигнал колебаний. Для предотвращения таких помех далее в связи с этим в предложенном согласно изобретению измерительном преобразователе предусмотрено снабжать стенку 51с″ магнитного стакана, идущую от дна 51с′ стакана - в основном в направлении лежащих в одной плоскости колебаний измерительной трубы 10 и уравновешивающего устройства 20 - выполненную в основном в форме круглого цилиндра и/или трубы, по меньшей мере, одним шлицем 511с″.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, по меньшей мере, один шлиц 511с″ сформирован в магнитном стакане 51с, по меньшей мере, участками, в частности, преимущественно или полностью в основном прямолинейным и/или выполнен так, что он простирается внутри стенки стакана 51с″, по меньшей мере, участками в основном в направлении латеральных, например, также лежащих в одной плоскости изгибных колебаний измерительной трубы 10 и уравновешивающего устройства 20, в частности, в виртуальной плоскости XZ первичных колебаний. В качестве альтернативы или в дополнение к этому, по меньшей мере, один шлиц 511с″ может проходить внутри стенки 51с″ стакана также, по меньшей мере, участками наискось и/или в форме завитка. Фактическая форма и/или положение, по меньшей мере, одного шлица 511с″ внутри стенки 51с″ может в принципе не иметь большого значения, он должен быть по возможности узким, не причиняя ущерба жесткости магнитного стакана, которая в общем является преимуществом. Тем более что ширина шлица 511с″ фактически оказывает только небольшое влияние на желаемую эффективность подавления помех. Согласно расчету по другому варианту выполнения изобретения, по меньшей мере, один шлиц 511с″ сформирован так, что он имеет наибольшую ширину, которая меньше 1 мм.
Согласно другому варианту выполнения изобретения постоянный магнит 51b и, по меньшей мере, один проходящий внутри стенки стакана шлиц 511с″ выполнены и ориентированы относительно друг друга так, что оба, по меньшей мере, участками, в частности, преимущественно или полностью, в основном проходят параллельно друг другу.
Предпочтительно, по меньшей мере, один проходящий внутри стенки 51с″ стакана шлиц 511с″ выполнен так, что он простирается до - здесь в основном обращенного к уравновешивающему устройству - свободного края 51с″′ магнитного стакана 51с. При этом, что может быть особо предпочтительно, исполнение, по меньшей мере, одного шлица 511с″ далее таково, что он, начиная от указанного края магнитного стакана 51с, простирается вдоль стенки 51с″ стакана, по меньшей мере, до дна 51с′ стакана.
В качестве альтернативы или в дополнение к вышеуказанным вариантам выполнения может быть предусмотрено, что - как на фиг.7b дно 51с′ стакана также прорезано шлицем. В частности, при этом, по меньшей мере, один проходящий внутри стенки стакана 511с″ продлен таким способом, что он, по меньшей мере, простирается до дна 51с′ стакана, или, что он при необходимости, по меньшей мере, участками простирается также вдоль дна стакана 51с′, например, как схематически изображено на фиг.7b, в направлении радиуса дна стакана 51с′. К тому же эффективность, по меньшей мере, одного выполненного в дне стакана шлица может повышаться благодаря тому, что он, как схематично представлено на фиг.7b, участками расширен, например, в форме соответствующего отверстия в дне стакана.
Хотя соответственно с помощью единственного проходящего вдоль стенки стакана 51с″ может достигаться существенное повышение стабильности точки нуля соответствующего измерительного преобразователя, смогли, как уже упомянуто, установить, что влияние введенных извне, создающих помехи измерению магнитных полей В в общем сказывается тем меньше, чем больше шлицев проделано в магнитном стакане. В связи с этим согласно усовершенствованному варианту выполнения изобретения для дальнейшего повышения подавления помех далее предусмотрено, что магнитный стакан имеет не только один-единственный шлиц, а, как также схематически изображено на фигурах 7а и 7b, имеет, по меньшей мере, два или более таких, например, проходящих, по меньшей мере, внутри стенки стакана в основном параллельно друг другу и/или в основном единообразных шлицев 511с″, 512с″, 511с″, 514с″. Как было ранее пояснено на примере одного шлица, при большом количестве шлицев в магнитном стакане 51с сенсора 51 колебаний два или несколько шлицев могут быть выполнены внутри дна 51с′ стакана, например, опять же проходящими в основном радиально и/или выполненными в основном единообразно. В этом месте, правда, следует указать на то, что число шлицев, по меньшей мере, в отношении по-прежнему достаточной гомогенизации и подходящего управления магнитным полем постоянного магнита, необходимым для собственного измерения колебаний, к тому же рационально должно быть ограничено. Для повышения прочности к вибрации и жесткости разрезанного одно или многократно магнитного стакана и таким образом для предотвращения нежелательных собственных вибраций к тому же может давать преимущество заливка магнитного стакана или, по меньшей мере, разрезанных участков полностью или частично не проводящей ток керамикой и/или не проводящим электрический ток синтетическим материалом, например, эпоксидной смолой, и/или заполнение этим, по меньшей мере, частично шлицев.
В качестве альтернативы или в дополнение к названному выше исполнению магнитного стакана со многими шлицами дальнейшее улучшение в части подавления помех может достигаться благодаря тому, что, как видно на фиг.7а, дополнительно к магнитному стакану 51с и постоянный магнит 51b имеет разрезы. Согласно другому варианту выполнения изобретения постоянный магнит 51b дополнительно к магнитному стакану имеет также, по меньшей мере, один, в частности, по меньшей мере, участками простирающийся в направлении в основном лежащих в одной плоскости колебаний измерительной трубы 10 и уравновешивающего устройства 20 шлиц 511b. Этот шлиц 511b может быть, например, образован таким образом, что он простирается до свободного конца или края 51b′″ постоянного магнита, не соединенного с измерительной трубой 10. В качестве альтернативы или в дополнение этому далее постоянный магнит 51b может иметь также, по меньшей мере, два, в частности, больше и/или проходящих друг к другу в основном параллельно и/или в основном единообразных шлицев 511b, 512b.
Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения в основу конструкции, по меньшей мере, одного генератора колебаний 41 и, по меньшей мере, одного сенсора колебаний 51 положен один принцип действия, в частности, делать их в основном одинаковой конструкции. При этом предпочтительно, по меньшей мере, один генератор 41 колебаний имеет, по меньшей мере, соразмерно доле участия состоящий из магнитного проводящего ток материала магнитный стакан 41с с установленным, например, на измерительной трубе 10 или - как без затруднений видно из обзора фигур 4, 8а и 8b, на уравновешивающем устройстве 20 дном 41с′ стакана, на котором установлен магнитно соединенный с катушкой 41а постоянный магнит 41b. В качестве альтернативы этому, как уже упоминалось, могут быть установлены: катушка 41а на уравновешивающем устройстве 20 и магнитный стакан 41 с расположенным в нем постоянным магнитом 41b соответственно этому на измерительной трубе, так что в этом случае, по меньшей мере, одна катушка 41а системы возбуждения 40 механически соединена, в частности, жестко соединена с уравновешивающим устройством 20. Согласно другому варианту выполнения изобретения сформированная, в частности, в основном в форме круглого цилиндра и/или трубы стенка 41с″ магнитного стакана простирающаяся от дна 41с′ магнитного стакана 41с, по меньшей мере, одного генератора колебаний 41 в направлении уравновешивающего устройства или в направлении измерительной трубы, имеет, по меньшей мере, один шлиц 411с″, в частности простирающийся, по меньшей мере, участками в направлении колебаний измерительной трубы 10 и уравновешивающего устройства 20 и/или к свободному краю 41с″ магнитного стакана 41с.
Как можно легко понять из приведенного выше пояснения, предложенный в соответствии с изобретением измерительный преобразователь среди прочего характеризуется тем, что в сравнении с обычными измерительными преобразователями рассматриваемого вида с конструктивной или технологической точки зрения требуются только совсем незначительные, просто реализуемые модификации сенсора колебаний или как обычно уже применяющихся для этого магнитных стаканов, чтобы очень эффективным способом иметь сигналы, измеряющие колебания описанного выше вида свободными от помех, индуцированными вследствие внешних магнитных полей В, в частности, также при обычной в остальном конструкции измерительного преобразователя и/или обычном проводном монтаже.