УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПАЯНОГО СОЕДИНЕНИЯ В ВИБРАЦИОННОМ РАСХОДОМЕРЕ
DEVICE AND METHOD FOR REDUCING VOLTAGE ON SOLDER JOINTS IN A VIBRATION FLOWMETER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение предлагает расходомеры и, более конкретно, способ и устройство для уменьшения напряжения, присущего циклу нагревания и охлаждения, связанному с пайкой элементов расходомера.
Уровень техники, к которой относится изобретение
Вибрационные датчики, такие как, например, вибрационные денситометры и расходомеры Кориолиса, являются общеизвестными и используются для измерения массового потока и другой информации в отношении материалов, протекающих через канал в расходомере. Примерные расходомеры Кориолиса описывают патент США № 4109524, патент США № 4491025 и Re. 31450, все на имя J. E. Smith и др. Указанные расходомеры имеют один или несколько каналов прямой или изогнутой конфигурации. Конфигурация каждого канала в массовом расходомере Кориолиса, например, имеет множество собственных мод колебаний, которые могут представлять собой простой изгиб, торсионный или комбинированный тип. Каждый канал может приводиться в колебательное движение в предпочтительном режиме.
Материал втекает в расходомер из соединительного трубопровода на стороне впуска расходомера, проходит через один или несколько каналов и выходит из расходомера через сторону выпуска расходомера. Собственные моды колебаний вибрационной системы определяются отчасти совокупной массой каналов и материала, протекающего внутри каналов.
Когда отсутствует поток через расходомер, движущая сила, приложенная к одному или нескольким каналам, заставляет все точки вдоль одного или нескольких каналов колебаться с одинаковой фазой или небольшим «нулевой сдвиг», который представляет собой задержку по времени, измеряемую при нулевом потоке. Когда материал начинает течение через расходомер, силы Кориолиса заставляют каждую точку вдоль одного или нескольких каналов иметь индивидуальную фазу. Например, фаза на конец впуска расходомера отстает от фазы в положении централизованного привода, в то время как фаза на выпуске опережает фазу в положении централизованного привода. Датчики на одном или нескольких каналах производят синусоидальные сигналы, представляющие движение одно или нескольких каналов. Сигналы, выходящие из датчиков обрабатывают, чтобы определить задержку по времени между датчиками. Задержка по времени между двумя или несколькими датчиками пропорциональная массовая скорость потока материала, протекающего через один или несколько каналов.
Поток материала через расходомерную трубку создает только незначительную разность фаз, составляющую приблизительно несколько градусов, между концами впуска и выпуска колебательной расходомерной трубки. При выражении посредством изменения разности времени разность фаз, вызываемая потоком материала, составляет приблизительно от нескольких десятков микросекунд до нескольких наносекунд. Как правило, промышленное измерение скорость потока должно имеют ошибку, составляющую менее чем 0,1%. Таким образом, расходомер Кориолиса должен иметь индивидуальную конструкцию для точного измерения указанных незначительных разностей фаз.
Особую проблему представляет собой измерение минимальных скоростей потоков материалов, текущих через трубопровод. Однако известно также использование однопетлевой расходомерной трубки с последовательным каналом для измерения относительно низких скоростей текучей среды, протекающей через трубопровод. Расходомер, измеряющий низкие скорости потоков, должен быть изготовлен из относительно мелких компонентов, включающих трубки и коллекторы. Указанные относительно мелкие компоненты представляют собой разнообразные проблемы в процессе производства, включая, без ограничения, сложные процессы сварки или пайки. Во-первых, оказывается затруднительной сварка тонкостенных труб. Во-вторых, сварные швы и соединения, как правило, не обеспечивают гладкую поверхность, необходимую для санитарно-технических приложений расходомера, поскольку для таких приложений требуется расходомерная трубка, имеющая непрерывную гладкую поверхность, которая не способствует адгезии материала на стенках расходомерной трубки.
Чтобы использовать трубку с непрерывной поверхностью, которая является подходящей для низких скоростей потоков, может использоваться двухпетлевой одноканальный датчик, в котором расходомерная трубка припаивается к анкерному блоку, который поддерживает расходомерную трубку внутри расходомера. В качестве части процесса сборки, полностью устраняется припаивание расходомерной трубки к анкерному блоку. К сожалению, когда расходомерная трубка и анкерный блок охлаждаются, их скорости охлаждения различаются, что вызывает большие напряжения на паяных соединениях трубки и анкера, которые могут приводить к образованию трещин в паяных соединениях. В двухканальных датчиках множество расходомерных трубок может свободно расширяться и сжиматься в качестве части температурного цикл пайки, и в результате этого уменьшается остаточное напряжение, которое развивается в паяном соединении.
Таким образом, в технике требуются устройство и способ, которые позволяют припаивать анкерные блоки к многопетлевому одноканальному датчику, который может выдерживать циклы теплового расширения/сжатия. Настоящее изобретение преодолевает эту и другие проблемы и обеспечивает развитие в данной области техники.
Сущность изобретения
Предлагается способ изготовления расходомера согласно варианту осуществления. Вариант осуществления включает следующие стадии: изгиб расходомерной трубки для создания на ней, по меньшей мере, одного температурного компенсатора; выравнивание расходомерной трубки, по меньшей мере, с одним анкерным блоком; припаивание расходомерной трубки, по меньшей мере, к одному анкерному блоку; выдерживание расходомерной трубки и, по меньшей мере, одного анкерного блока для охлаждения и сжатия после пайки; прикрепление, по меньшей мере, одного анкерного блока к опорному блоку после того, как расходомерная трубка припаивается, по меньшей мере, к одному анкерному блоку; и прикрепление коллектора к каждому концу расходомерной трубки.
Предлагается способ изготовления расходомера согласно варианту осуществления. Вариант осуществления включает следующие стадии: изгиб расходомерной трубки для создания на ней, по меньшей мере, одного температурного компенсатора; выравнивание расходомерной трубки, по меньшей мере, с одним анкерным блоком; припаивание расходомерной трубки, по меньшей мере, к одному анкерному блоку; прикрепление первого конца расходомерной трубки к первому коллектору и второго конца расходомерной трубки ко второму коллектору, где каждый из первого и второго коллекторов включает часть опорного блока; прикрепление части опорного блока первого коллектора к части опорного блока второго коллектора; и прикрепление, по меньшей мере, одного анкерного блока, по меньшей мере, к одной из части опорного блока первого коллектора и части опорного блока второго коллектора.
Предлагается узел датчика для расходомера согласно варианту осуществления. Вариант осуществления включает: расходомерную трубку, выполненную с возможностью включения первой петли и второй петли, соединенных перепуском, где расходомерная трубка включает, по меньшей мере, один температурный компенсатор; первый анкерный блок и второй анкерный блок, из которых каждый прикрепляется к расходомерной трубке вблизи перепуска; по меньшей мере, одну трубную опору, прикрепляемую, по меньшей мере, к одному из первого анкерного блока и второго анкерного блока; первый коллектор и второй коллектор, которые прикрепляются к впуску и выпуску расходомерной трубки, соответственно; опорный блок, прикрепляемый к первому анкерному блоку, второй анкерный блок, первый коллектор, и второй коллектор; причем расходомерная трубка, первый анкерный блок, второй анкерный блок, первый коллектор и второй коллектор выполнены с возможностью обеспечения заданной степени движения вследствие циклов нагревания и охлаждения, когда они не прикрепляются к опорному блоку.
Аспекты
Согласно аспекту, предлагается способ изготовления расходомера. Аспект включает изгиб расходомерной трубки для создания на ней, по меньшей мере, одного температурного компенсатора;
выравнивание расходомерной трубки, по меньшей мере, с одним анкерным блоком;
припаивание расходомерной трубки, по меньшей мере, к одному анкерному блоку;
выдерживание расходомерной трубки и, по меньшей мере, одного анкерного блока для охлаждения и сжатия после пайки;
прикрепление, по меньшей мере, одного анкерного блока к опорному блоку после того, как расходомерная трубка припаивается, по меньшей мере, к одному анкерному блоку; и
прикрепление коллектора к каждому концу расходомерной трубки.
Согласно аспекту, предлагается способ изготовления расходомера. Аспект включает изгиб расходомерной трубки для создания на ней, по меньшей мере, одного температурного компенсатора;
выравнивание расходомерной трубки, по меньшей мере, с одним анкерным блоком;
припаивание расходомерной трубки, по меньшей мере, к одному анкерному блоку;
прикрепление первого конца расходомерной трубки к первому коллектору и второго конца расходомерной трубки ко второму коллектору, где каждый из первого и второго коллекторов включает часть опорного блока;
прикрепление части опорного блока первого коллектора к части опорного блока второго коллектора; и
прикрепление, по меньшей мере, одного анкерного блока, по меньшей мере, к одной из части опорного блока первого коллектора и части опорного блока второго коллектора.
Предпочтительно способ включает стадию прикрепления, по меньшей мере, одного опорного блока и, по меньшей мере, одного из первого и второго коллекторов к корпусу расходомера.
Предпочтительно стадия прикрепления, по меньшей мере, одного анкерного блока к опорному блоку включает приваривание, по меньшей мере, части, по меньшей мере, одного анкерного блока к опорному блоку после стадии выдерживания расходомерной трубки и, по меньшей мере, одного анкерного блока для охлаждения и сжатия в заданной степени после пайки.
Предпочтительно сварка включает сварку электрозаклепками выступа, определяемого одним из, по меньшей мере, одного анкерного блока и опорного блока, с совместимым отверстием, определяемым одним из анкерного блока и опорного блока.
Предпочтительно выступ вставляется в совместимое отверстие только в одной ориентации.
Предпочтительно способ включает стадию прикрепления трубной опоры, которая находится в контакте, по меньшей мере, с частью расходомерной трубки, по меньшей мере, к одному элементу из, по меньшей мере, одного анкерного блока и трубной опоры.
Предпочтительно расходомерная трубка включает одноканальную двухпетлевую расходомерную трубку; и предпочтительно способ включает следующие стадии:
образование канала в трубной опоре, который проходит вдоль пути только в одной плоскости; и
изгиб расходомерной трубки таким образом, что его первое впускное колено является копланарным с первой петлей расходомерной трубки; и
изгиб расходомерной трубки таким образом, что его второе впускное колено является копланарным со второй петлей расходомерной трубки.
Предпочтительно расходомерная трубка включает одноканальную двухпетлевую расходомерную трубку; и предпочтительно способ включает следующие стадии:
образование канала в трубной опоре, который проходит вдоль пути в одной плоскости; и
изгиб расходомерной трубки таким образом, что перепуск расходомерной трубки включает свою первую часть вблизи выпускного колена, причем первая часть является копланарной с первой петлей расходомерной трубки; и
изгиб расходомерной трубки таким образом, что перепуск расходомерной трубки включает свою вторую часть вблизи впускного колена, причем вторая часть является копланарной со второй петлей расходомерной трубки.
Предпочтительно стадия изгиба расходомерной трубки для создания на ней, по меньшей мере, одного температурного компенсатора включает следующую стадию:
изгиб части расходомерной трубки, расположенной между коллектором и, по меньшей мере, одним анкерным блоком, для определения первой вершины.
Предпочтительно высота первой вершины составляет от 0,01 дюйма до 1 дюйма от ближайшей неизогнутой части расходомерной трубки.
Предпочтительно стадия изгиба расходомерной трубки для создания на ней, по меньшей мере, одного температурного компенсатора включает следующую стадию:
изгиб части расходомерной трубки, расположенной между первым анкерным блоком из, по меньшей мере, одного анкерного блока и вторым анкерным блоком из, по меньшей мере, одного анкерного блока, для определения второй вершины.
Предпочтительно высота второй вершины составляет от 0,01 дюйма до 1 дюйма от ближайшей неизогнутой части расходомерной трубки.
Предпочтительно стадия прикрепления коллектора к каждому концу расходомерной трубки включает, по меньшей мере, одну операцию из приваривания и припаивания коллектора к каждому концу расходомерной трубки.
Предпочтительно стадия прикрепления коллектора к каждому концу опорного блока включает сварку выступа, определяемого одним элементом из коллектора и опорного блока, с совместимым отверстием, определяемым одним из, по меньшей мере, одного анкерного блока и опорного блока.
Предпочтительно выступ полностью вставляется в совместимое отверстие только в одной ориентации.
Предпочтительно стадия прикрепления части опорного блока первого коллектора к части опорного блока второго коллектора включает приваривание части опорного блока первого коллектора к части опорного блока второго коллектора.
Предпочтительно способ включает стадию изгиба обходное колено в перепуске расходомерной трубки.
Предпочтительно стадия образования канала в трубной опоре, который проходит вдоль пути в одной плоскости, включает образование канала, где внутренняя поверхность расходомерной трубки входит только у его наружных краев, определяя зазор между расходомерной трубкой и трубной опорой, который составляет от 0,0025 до 0,0035 дюйма, и где наружная поверхность расходомерной трубки находится в контакте с трубной опорой вблизи центра канала, определяя зазор вблизи каждого наружного края трубной опоры.
Согласно аспекту, предлагается узел датчика для расходомера. Расходомер включает:
расходомерную трубку, выполненную с возможностью включения первой петли и второй петли, соединенных перепуском, причем расходомерная трубка включает, по меньшей мере, один температурный компенсатор;
первый анкерный блок и второй анкерный блок, из которых каждый прикрепляется к расходомерной трубке вблизи перепуска;
по меньшей мере, одну трубную опору, прикрепляемую, по меньшей мере, к одному из первого анкерного блока и второго анкерного блока;
первый коллектор и второй коллектор, которые прикрепляются к впуску и выпуску расходомерной трубки, соответственно;
опорный блок, к которому прикрепляются первый анкерный блок, второй анкерный блок, первый коллектор и второй коллектор; и
где расходомерная трубка, первый анкерный блок, второй анкерный блок, первый коллектор и второй коллектор выполнены с возможностью обеспечения заданной степени движения вследствие циклов нагревания и охлаждения, когда они не прикрепляются к опорному блоку.
Предпочтительно первый анкерный блок и второй анкерный блок припаиваются к расходомерной трубке; и первый коллектор и второй коллектор прикрепляются к расходомерной трубке посредством, по меньшей мере, одной операции из сварки и пайки.
Предпочтительно присутствуют, по меньшей мере, один выступ, определяемый каждым из первого анкерного блока и второго анкерного блока; и, по меньшей мере, одно отверстие, определяемое опорным блоком и имеющее размеры и габариты для введения, по меньшей мере, одного выступа.
Предпочтительно присутствуют, по меньшей мере, одно отверстие, определяемое каждым из первого анкерного блока и второго анкерного блока; и, по меньшей мере, один выступ, определяемый опорным блоком, имеющим размеры и габариты для введения, по меньшей мере, в одно отверстие.
Предпочтительно первый коллектор включает первую часть опорного блока, и второй коллектор включает вторую часть опорного блока, причем первая и вторая части опорного блока прикрепляются друг к другу, образуя опорный блок.
Предпочтительно первая и вторая части опорного блока привариваются друг к другу.
Предпочтительно, по меньшей мере, один выступ, определяемый каждым из первого анкерного блока и второго анкерного блока; и, по меньшей мере, одно совместимое отверстие, определяемое опорным блоком, имеющим размеры и габариты для введения, по меньшей мере, одного выступа, причем размеры и габариты, по меньшей мере, одного выступа соответствуют, по меньшей мере, одному отверстию.
Предпочтительно, по меньшей мере, один выступ полностью вставляется, по меньшей мере, в одно отверстие только в одной ориентации.
Предпочтительно, по меньшей мере, один выступ имеет продолговатую круглую форму.
Предпочтительно присутствуют, по меньшей мере, один выступ, определяемый каждым из первого коллектора и второго коллектора; и, по меньшей мере, одно совместимое отверстие, определяемое опорным блоком, имеющим размеры и габариты для введения, по меньшей мере, одного выступа, причем размеры и габариты, по меньшей мере, одного выступа соответствуют, по меньшей мере, одному отверстию.
Предпочтительно, по меньшей мере, один выступ полностью вставляется, по меньшей мере, в одно отверстие только в одной ориентации.
Предпочтительно, по меньшей мере, один выступ имеет продолговатую круглую форму.
Предпочтительно расходомерная трубка включает одноканальную двухпетлевую расходомерную трубку, причем ее впускное колено является копланарным с первой петлей расходомерной трубки, и ее выпускное колено является копланарным со второй петлей расходомерной трубки, где узел датчика включает канал в трубной опоре, который проходит вдоль пути только в одной плоскости, и где расходомерная трубка имеет размеры и габариты для введения в канал в трубной опоре.
Предпочтительно расходомерная трубка включает одноканальную двухпетлевую расходомерную трубку, где перепуск включает первую часть вблизи выпускного колена, причем первая часть является копланарной с первой петлей расходомерной трубки, и где перепуск включает вторую часть вблизи впускного колена, причем вторая часть является копланарной со второй петлей расходомерной трубки; и узел датчика включает канал в трубной опоре, который проходит вдоль пути только в одной плоскости.
Предпочтительно температурный компенсатор располагается на части расходомерной трубки, расположенной между одним из первого коллектора и второго коллектора и ближайшим анкерным блоком для определения первой вершины.
Предпочтительно высота первой вершины составляет от 0,01 дюйма до 1 дюйма от ближайшей неизогнутой части расходомерной трубки.
Предпочтительно температурный компенсатор располагается на части расходомерной трубки, расположенной между первым анкерным блоком и вторым анкерным блоком, для определения второй вершины.
Предпочтительно высота второй вершины составляет от 0,01 дюйма до 1 дюйма от ближайшей неизогнутой части расходомерной трубки.
Предпочтительно расходомер включает обходное колено в перепуске расходомерной трубки.
Предпочтительно канал в трубной опоре включает канал, где внутренняя поверхность расходомерной трубки входит в трубную опору только у наружных краев, определяя зазор между расходомерной трубкой и трубной опорой, который составляет от 0,0025 до 0,0035 дюйма, и наружная поверхность расходомерной трубки входит в трубную опору между наружными краями, определяя зазор у наружных краев.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет узел датчика расходомера предшествующего уровня техники;
фиг. 2 представляет изометрическое изображение расходомерной трубки согласно варианту осуществления;
фиг. 3 представляет вид сверху расходомерной трубки на фиг. 2;
фиг. 4 представляет вид сбоку узла датчика согласно варианту осуществления;
фиг. 5 представляет вид сбоку узла датчика без опоры согласно варианту осуществления;
фиг. 6 представляет нижнее изометрическое изображение узла датчика на фиг. 4;
фиг. 7 представляет верхнее изометрическое изображение узла датчика на фиг. 4 и 6 с трубными опорами;
фиг. 8 представляет вид сбоку узла датчика согласно варианту осуществления;
фиг. 9 представляет технологическую схему, иллюстрирующую способ изготовления части узла датчика согласно варианту осуществления;
фиг. 10 представляет нижнее изометрическое изображение узла датчика согласно еще одному варианту осуществления;
фиг. 11 представляет альтернативное изображение узла датчика на фиг. 10;
фиг. 12 представляет частичное изображение узла датчика, имеющего температурные компенсаторы согласно варианту осуществления;
фиг. 13 представляет вариант осуществления расходомерной трубки;
фиг. 14 представляет еще один вариант осуществления расходомерной трубки;
фиг. 15 представляет следующий вариант осуществления расходомерной трубки; и
фиг. 16 представляет вариант осуществления опоры, имеющей образованный в ней канал, который проходит вдоль пути в одной плоскости.
Подробное описание изобретения
Фиг. 1-16 и следующее описание иллюстрируют конкретные примеры, показывающие специалистам в данной области техники порядок осуществления и использования наилучшего варианта настоящего изобретения. Для цели разъяснения принципов настоящего изобретения некоторые традиционные аспекты были упрощены или исключены. Специалисты в данной области техники должны понимать отклонения от указанных примеров, которые находятся в пределах объем настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники должны понимать, что отличительные признаки, описанные ниже, могут сочетаться различными способами, образуя многочисленные вариации настоящего изобретения. В результате этого настоящее изобретение ограничивается не конкретными примерами, описанными ниже, но только пунктами формулы изобретения и их эквивалентами.
Фиг. 1 иллюстрирует техники узел датчика расходомера предшествующего уровня 10, включающий расходомерную трубку 20, анкер 30 и корпус 40. Расходомерная трубка 20 фиксированно прикрепляется к анкеру 30 в точке вблизи перепуска 22 расходомерной трубки 20. Каждая из петель расходомерной трубки 24, 26 проходит от анкера 30 на одной стороне анкера 30. Перепуск 22 проходит от анкера 30 на противоположной стороне анкера 30 от петель расходомерной трубки 24, 26. Один способ прикрепления петель 24, 26 к анкеру 30 представляет собой припаивание петель 24, 26 к анкеру 30. Анкер 30 может затем привариваться к корпусу 40.
Впуск 50 расходомерной трубки 20 присоединяется к переходнику 60 предпочтительно с помощью орбитальной сварки вблизи точки 61. Выпуск 52 расходомерной трубки 20 присоединяется к переходнику 62 предпочтительно с помощью орбитальной сварки вблизи точки 63. Помимо сварки, предусматриваются и другие соединения, такие как пайка, механическое крепление, связующие вещества и т. д. Поскольку впуск 50 и выпуск 52 не представляют собой части вибрационной (динамической) части расходомера, они могут располагаться в любой конфигурации. Например, впуск 50 и выпуск 52 могут располагаться в ориентации, проиллюстрированной на фиг. 1. В качестве альтернативы, впуск 50 и выпуск 52 могут располагаться перпендикулярно (или под любым промежуточным углом) по отношению к представленной ориентации.
Привод 70 установлен в области средней точки петель расходомерной трубки 24 и 26, чтобы колебания петель 24 и 26 были противоположными друг другу. Левый датчик 72 и правый датчик 74 установлены в соответствующих углах верхних секций петель расходомерной трубки 24 и 26. Датчики 72, 74 измеряют относительные скорости петель расходомерной трубки 24, 26 в процессе колебаний. Соединительные стержни-скобки 80, 82 фиксированно прикрепляются между петлями 24, 26 расходомерной трубки 20.
Фиг. 2 и 3 иллюстрируют расходомерную трубку 20 согласно варианту осуществления. Впуск 50 расходомерной трубки 20 прикрепляется к технологической линии (не представлено на чертеже) и принимает из нее текущий материал. Выпуск 52 прикрепляется к технологической линии, чтобы возвращать в нее текущий материал. Расходомерная трубка 20 имеет две петли 24 и 26. Перепуск 22 соединяет петли 24 и 26, образуя одну непрерывную расходомерную трубку 20. Согласно варианту осуществления, расходомерная трубка 20 сконструирована из одной трубной части и изгибается, принимая желательную форму и конфигурацию. Как проиллюстрировано на чертеже, расходомерная трубка 20 имеет впускное колено 27 и выпускное колено 29. Впуск 50 и выпуск 52 являются копланарными с технологической линией (не представлено на чертеже) и не являются копланарными с каждой из плоскостей F1 и F2. (См. на фиг. 3 вид сверху на фиг. 2). Впускное колено 27 присоединяет впуск 50 к секции 21, которая пересекает плоскость F1 для соединения с петлей 26. Выпускное колено 29 присоединяет выпуск 52 к секции 23, которая пересекает плоскость F2, соединяясь с петлей 24. Впускное и выпускное колена 27, 29 позволяют прикреплять узел датчика 10 к технологической линии, причем две петли 24, 26 остаются некопланарными с технологической линией. Согласно данному варианту осуществления, впуск 50 и выпуск 52 являются копланарными.
Фиг. 4 иллюстрирует узел датчика 10 согласно варианту осуществления. Расходомерная трубка 20 прикрепляется к впускному коллектор 90 и выпускному коллектору 92. Коллекторы 90, 92 находятся в сообщении друг с другом с возможностью переноса текучей среды посредством расходомерной трубки 20. Согласно варианту осуществления, первый анкерный блок 30a располагается вблизи впускного колена 27 и прикрепляется к расходомерной трубке 20. Второй анкерный блок 30b располагается вблизи выпускного колена 29 (см. фиг. 2) и прикрепляется к расходомерной трубке 20. Опорный блок 100 обеспечивает основание, к которому могут прикрепляться коллекторы 90, 92 и анкерные блоки 30a, 30b. Когда присутствует узел датчика 10, разделенный на шесть основных частей (расходомерная трубка 20, опорный блок 100, первый анкерный блок 30a, второй анкерный блок 30b, впускной коллектор 90 и выпускной коллектор 92), в течение процесса сборки, указанные части могут «плавать» в течение цикла нагревания/охлаждения процесса пайки, что балансирует различные степени расширения/сжатия расходомерной трубки 20, коллекторов 90, 92 и анкерных блоков 30a, 30b. Следует отметить, что на чертежах проиллюстрированы два анкерных блока 30a, 30b, но также предусматриваются один анкерный блок и более чем два анкерных блока.
Фиг. 5 иллюстрирует части узла датчика, которые располагаются в печи для пайки в течение процесса сборки согласно варианту осуществления. Согласно варианту осуществления, расходомерная трубка 20 прикрепляется к анкерным блокам 30a, 30b посредством пайки. Согласно варианту осуществления, расходомерная трубка 20 может прикрепляться к коллекторам 90, 92 посредством пайки. Согласно варианту осуществления, расходомерная трубка 20 может прикрепляться к коллекторам 90, 92 посредством сварки. Согласно варианту осуществления, расходомерная трубка 20 может прикрепляться к коллекторам 90, 92 посредством пайки и сварки. Стрелки A1 и A2 иллюстрируют общее направление расширения/сжатия, которые происходят в течение цикла нагревания/охлаждения процесса пайки. Если бы присутствовал опорный блок 100, анкерных блоков 30a, 30b, коллекторов 90, 92 и расходомерной трубки 20 не могли бы плавать в течение цикла расширения/сжатия. Это эффективно запирает расходомерную трубку вместо анкерных блоков 30a, 30b и/или коллекторов 90, 92, вызывая напряжения, индуцированные различными скоростями охлаждения. Однако при отсутствии опорного блока 100 анкерные блоки 30a, 30b, коллекторы 90, 92 и расходомерная трубка 20 способны расширяться и сжиматься с требуемым интервалом свободы, поскольку узел не запирается на месте, и, таким образом, остаточные напряжения паяных соединений уменьшаются, и в результате этого уменьшается растрескивание паяных соединений.
Далее рассмотрим фиг. 6, где после того, как узел подвергается пайке и выдерживается для достаточного охлаждения, расходомерная трубка 20, первый анкерный блок 30a, второй анкерный блок 30b, впускной коллектор 90 и выпускной коллектор 92 прикрепляются к опорному блоку 100. Согласно варианту осуществления, выступы 102 присутствуют на компонентах, таких как первый анкерный блок 30a, второй анкерный блок 30b, впускной коллектор 90 и выпускной коллектор 92. Выступы 102 вставляются в соответствующие отверстия 104, которые присутствуют в опорном блоке 100. Согласно варианту осуществления, выступы 102 точно помещают первый анкерный блок 30a, второй анкерный блок 30b, впускной коллектор 90 и выпускной коллектор 92 в опорном блоке 100 в заданные положения. Согласно варианту осуществления, отверстия 104 включают щели, которые обеспечивают заданную свободу движения. Согласно варианту осуществления, выступы 102 привариваются электрозаклепками к опорному блоку 100, однако предусматриваются также и другие крепежные приспособления, не ограниченные механическими креплениями, связующими веществами и т. д. Прикрепление анкерных блоков 30a, 30b к опорному блоку 100 может уменьшать аксиальную нагрузку узла. Кроме того, предусматривается, что выступы могут присутствовать на опорном блоке 100, и отверстия могут содержать первый анкерный блок 30a, второй анкерный блок 30b, впускной коллектор 90 и/или выпускной коллектор 92. Опорный блок 100 и/или впускной коллектор 90 и выпускной коллектор 92 могут прикрепляться к корпусу расходомера.
Фиг. 7 иллюстрирует вариант осуществления, включающий трубные опоры 106. Трубные опоры 106 прикрепляются, по меньшей мере, к одному элементу из опорного блока 100 и анкерных блоков 30a, 30b. Согласно варианту осуществления, единственная трубная опора 106 предусматривается для каждого анкерного блока 30a, 30b. Согласно еще одному варианту осуществления, по меньшей мере, две трубные опоры 106 предусматриваются для каждого анкерного блока 30a, 30b. Трубные опоры 106 могут механически прикрепляться к одному или обоим элементам, включая опорный блок 100 и/или анкерные блоки 30a, 30b. Кроме того, предусматриваются и другие крепежные приспособления, такие как сварка, пайка и/или связующие вещества. Трубные опоры 106 служат для охватывания расходомерной трубки 20 и, таким образом, обеспечивают дополнительную опору и жесткость расходомерной трубки 20, что может уменьшать аксиальную нагрузку узла в целом, а также служить для изоляции расходомерной трубки 20 и связанных с ней компонентов от вибраций снаружи узла датчика 10.
Фиг. 8 иллюстрирует еще один вариант осуществления, в котором каждый анкерный блок 30a, 30b предварительно прикрепляется к части опорного блока 100a, 100b, соответственно. Ряд деталей, таких как, например, расходомерная трубка 20, отсутствуют на чертеже для ясности. Посредством сочетания каждого анкерного блока 30a, 30b с частью опорного блока 100a, 100b уменьшается число компонентов в узле, когда анкерный блок 30a помещается в печь для пайки, будучи уже прикрепленным к части опорного блока 100a. Аналогичным образом, анкерный блок 30b помещается в печь для пайки, будучи уже прикрепленным к части опорного блока 100b. Анкерные блоки 30a, 30b могут прикрепляться к частям опорного блока 100a, 100b посредством сварки, пайки, механических креплений, связующих веществ и т. д., или, в качестве альтернативы, они могут быть изготовлены из одного куска материала, в том числе, например, посредством механической обработки или другого производственного процесса. Согласно данному варианту осуществления, посредством деления узла датчика 10 на пять основных индивидуальных частей (расходомерная трубка 20, первый анкерный блок/опорный блок 30a/100a, второй анкерный блок/опорный блок 30b/100b, впускной коллектор 90 и выпускной коллектор 92) в течение процесса сборки указанные части могут независимо «плавать» в течение циклов нагревания/охлаждения процесса пайки, что компенсирует различные скорости расширения/сжатия расходомерной трубки 20, коллекторов 90, 92 и анкерных блоков 30a, 30b. После того, как узел охлаждается, опорные блоки 100a, 100b могут присоединяться друг к другу посредством сварки, пайки, механических креплений, связующих веществ и т. д.
Фиг. 9 представляет технологическую схему, иллюстрирующую стадии изготовления части узла датчика 10 согласно варианту осуществления. Процесс сборки начинается со стадии 200. В течение стадии 200 компоненты узла датчика 10 помещаются в желательной конфигурации/ориентации. В частности, те части узла датчика 10, которые подлежат пайке, приводятся в положение, которое является желательным, такое как выравнивание расходомерной трубки 20 с анкерными блоками 30a, 30b и/или выравнивание расходомерной трубки 20 с коллекторами 90, 92. Согласно варианту осуществления, расходомерная трубка 20 выравнивается таким образом, что впуск 50 и выпуск 52 находятся на одной линии друг с другом и на одной линии с трубопроводом, к которому должен прикрепляться расходомер. Таким образом, в течение стадии 200 расходомерная трубка может соответственно изгибаться. Согласно варианту осуществления, используется крепление или фиксирующее приспособление для поддержания узла в желательной ориентации.
На стадии 202 расходомерная трубка 20 припаивается к анкерным блокам 30a, 30b и/или коллекторам 90, 92. Согласно варианту осуществления, в течение данной стадии изготавливаются необходимые приспособления для расходомерной трубки 20. Это включает любые соединительные стержни-скобки 80, 82, съемные крепления датчиков и крепления приводов к расходомерной трубкой 20. Согласно варианту осуществления Части, подлежащие пайке, могут подвергаться очистке и/или шлифовке перед пайкой. Флюс может также добавляться в паяные соединения, чтобы предотвращать образование оксидов в течение процесса нагревания, однако также предусматривается флюс, введенный в присадочный металл. Присадочный металл применяется для образования паяных соединений между расходомерной трубкой 20 и анкерными блоками 30a, 30b и/или коллекторами 90, 92. Присадочный металл включает, по меньшей мере, один тугоплавкий припой, изготовленный в форме крема, пасты, порошка, ленты, стержня, проволоки и заготовок (например, без ограничения, таких как прокладки, которым соответствуют расходомерная трубка 20 или анкерные блоки 30a, 30b или коллекторы 90, 92). Согласно варианту осуществления, присадочный металл включает, по меньшей мере, один металл, в качестве которого присутствуют алюминий, бериллий, висмут, бор, латунь, кадмий, углерод, хром, кобальт, медь, золото-серебро, железо, свинец, марганец, молибден, никель, палладий, фосфор, кремний, серебро, олово, титан, цинк и цирконий, однако предусматривается любой присадочный металл, известный в технике. Среда, в которой осуществляется пайка, может включать воздух, аммиак, аргон, диоксид углерода, монооксид углерода, гелий, водород, пары неорганических веществ, азот, благородные газы и любые другие газы/пары, известные в технике. Пайка может осуществляться в вакууме, под давлением или при атмосферном давлении. Процесс пайки может осуществляться, например, без ограничения, под действием прямого пламени или косвенного источника тепла, такого как печь. В качестве альтернативы, может осуществляться множество сварочных операций для присоединения необходимых приспособлений к расходомерной трубке. Результатом данной стадии является относительно полный узел датчика.
Стадия 204 включает охлаждение расходомерной трубки 20, анкерных блоков 30a, 30b и/или коллекторов 90, 92, которое осуществляется после пайки. Указанные части выдерживаются для охлаждения, которое приводит к сжатию. Поскольку расходомерная трубка 20, анкерные блоки 30a, 30b и/или коллекторы 90, 92 выдерживаются, чтобы в некоторой степени «плавать», это компенсирует различные скорости расширения/сжатия расходомерной трубки 20, анкерных блоков 30a, 30b, и/или коллекторов 90, 92, чтобы уменьшались соответствующие напряжения. После достаточного охлаждения расходомерная трубка 20, анкерные блоки 30a, 30b и/или коллекторы 90, 92 прикрепляются к опорному блоку 100, как показано на стадии 206. Следует отметить, что согласно вариантам осуществления, где каждый анкерный блок 30a, 30b предварительно прикрепляется к части опорного блока 100a, 100b, соответственно, в качестве альтернативы, стадия 206 включает соединение частей опорного блока 100a, 100b друг с другом. В течение или после стадии 206 может также осуществляться любое необходимое внутреннее проводное соединение для узла датчика 10.
Фиг. 10 и 11 представляют альтернативный вариант осуществления выступов 102 и совместимых отверстий 104, проиллюстрированных на фиг. 4-6. Согласно данному варианту осуществления, выступы 102a и 102b отличаются друг от друга по размерам и/или габаритам. Согласно проиллюстрированному варианту осуществления, 102b имеет продолговатую круглую форму, в то время как 102a является круглым. Совместимые отверстия 104a и 104b имеют такие размеры и габариты, чтобы вмещать выступы 102a, 102b. Поскольку выступы 102a, 102b имеют различные размеры и/или габариты, анкерные блоки 30a, 30b могут вставляться в опорный блок 100 только в заданной ориентации, и, таким образом, уменьшается вероятность ошибочного изготовления узлов. Следует отметить, что использование двух выступов 102a, 102b представляет собой просто пример, и один выступ, имеющий асимметричную форму, мог бы выполнять такую же задачу. Аналогичным образом, могли бы присутствовать три или большее число выступов. В том случае, где присутствуют три или большее число выступов, все выступы могут иметь одинаковые или аналогичные размеры и габариты, но ориентация выступов может быть выполнена с возможностью осуществления только одной правильной ориентации, соответствующей опорному блоку 100 в течение сборки. Помимо круглой или продолговатой круглой формы также предусматриваются и другие формы. Предусматриваются квадратные, прямоугольные, многоугольные, многогранные, изогнутые или любые другие формы, известные в технике.
Аналогично анкерным блокам 30a, 30b, как представлено на фиг. 10 и 11, коллекторы 90, 92 могут также имеют выступ 102c, который заставляет коллектор входить в отверстие 104c только в одной правильной ориентации. Совместимое отверстие 104c имеет такие размеры и габариты, чтобы вмещать выступ 102c. Следует отметить, что использование единственного выступа 102c представляет собой просто пример, поскольку множество выступов, как в приведенных выше примерах, может выполнять такую же задачу. В том случае, где присутствует множество выступов, все выступы могут иметь одинаковые или аналогичные размеры и габариты, но ориентация выступов может быть выполнена с возможностью осуществления только одной правильной ориентации, совместимой с опорным блоком 100 в процессе сборки. Кроме того, предусматриваются и другие формы помимо формы проиллюстрированного продолговатого круглого выступа, 104c, которая приведена в качестве примера. Предусматриваются также квадратные, прямоугольные, многоугольные, многогранные, изогнутые или любые другие формы, известные в технике.
Согласно соответствующему варианту осуществления, выступы 102a-c проходят через отверстия 104a-c в опорном блоке 100 таким образом, что они оказываются почти покрытыми нижней частью опорного блока 100, как проиллюстрировано на фиг. 11. Это обеспечивает соответствующие зазоры, которые позволяют приваривать выступы 102a-c к опорному блоку 100. Согласно варианту осуществления, зазоры обеспечиваются таким образом, что оказывается возможной автогенная сварка выступов 102a-c и опорного блока 100. Следует отметить, что, в качестве альтернативы, анкерные блоки 30a, 30b и/или коллекторы 90, 92 могут включать отверстия 104a-c с опорным блоком 100, включающим выступы 102a-c.
Рассмотрим фиг. 12, где проиллюстрирован еще один вариант осуществления. Следует отметить, что для иллюстративных целей фиг. 12 представляет только частичное изображение одной стороны узла датчика 10, но описанные варианты осуществления могут распространяться на части узла 10, которые не являются видимыми на данной иллюстрации, как может быть вполне очевидным. Расходомерная трубка 20 изготавливается из относительно тонкостенного материала, в частности, по сравнению с массой материала и толщиной опорных компонентов, таких как, например, без ограничения, опорный блок 100, анкерный блок 30a и коллектор 90. Когда технологическая текучая среда, имеющая заданную температуру, вводится в узел датчика 10, вследствие различных масс компонентов, температура расходомерной трубки 20 будет изменяться с большей скоростью, чем температура опорных компонентов, создавая, таким образом, термические напряжения в узле датчика 10. Например, без ограничения, если технологическая текучая среда при температуре 400° F вводится в узел датчика 10, который имеет температуру 70°F, согласно оценкам, расходомерная трубка 20 будет испытывать термические напряжения, превышающие 25000 фунтов на квадратный дюйм. Требования стандарта B31.3 Американского общества инженеров-механиков (ASME) для трубопроводов предусматривают максимальное напряжение в расходомерной трубке 20, составляющее только 19300 фунтов на квадратный дюйм, и, таким образом, данная разность температур может создавать условия, в которых превышается максимальное безопасное рабочее напряжение. Согласно варианту осуществления, расходомерная трубка 20 включает ряд изгибов, которые уменьшают индуцированные термические напряжения по сравнению с имеющей аналогичную форму расходомерной трубкой 20, в которой присутствуют, главным образом, прямые секции.
Присутствие изгиба в расходомерной трубке 20 между коллектором 90 и анкерным блоком 30a способствует снижению напряжения, индуцированного тепловым расширением в расходомерной трубке 20. Согласно варианту осуществления, температурный компенсатор 300 располагается вблизи точки «B». Это представляет собой просто пример, и температурный компенсатор 300 может располагаться в других точках между коллектором 90 и анкерным блоком 30a. Хотя проиллюстрированная точка располагается ближе к коллектору 90, чем к анкерному блоку 30a, согласно варианту осуществления, температурный компенсатор 300 располагается ближе к анкерному блоку 30a. Согласно еще одному варианту осуществления, температурный компенсатор 300 располагается приблизительно на равных расстояниях от коллектора 90 и анкерного блока 30a. Здесь также должно быть вполне очевидным, что представлен пример, иллюстрирующий только одну сторону узла датчика 10, и что часть расходомерной трубки 20 между коллектором 92 и анкерным блоком 30b может также включать температурные компенсаторы 300. Высота вершины температурного компенсатора 300 составляет предпочтительно на 0,01-1 дюйм более чем для соседней неизогнутой части расходомерной трубки 20. Согласно одному варианту осуществления, температурный компенсатор 300 имеет высоту, составляющую приблизительно 0,14 дюйма. Согласно еще одному варианту осуществления температурный компенсатор 300 имеет высоту, составляющую 0,05 дюйма. Кроме того, температурный компенсатор 300 проиллюстрирован как имеющий вершину, которая направлена от опорного блока 100, но она может также быть направлена к опорному блоку или находиться на любой промежуточной плоскости.
В качестве еще одного примера, могут присутствовать один или несколько температурных компенсаторов между анкерными блоками 30a и 30b. Согласно варианту осуществления, температурный компенсатор 302 располагается вблизи точки «F». Данный температурный компенсатор 302, на перепуске 22, может представлять собой единственный температурный компенсатор 302, расположенный приблизительно в средней точке между анкерными блоками 30a и 30b, или он может располагаться ближе к одному анкерному блоку 30a или 30b, чем к другому анкерному блоку 30b или 30a, соответственно (на фиг. 12 является видимым только анкерный блок 30a). Высота вершины температурного компенсатора 302 составляет предпочтительно на 0,01-1 дюйм более чем высота соседней неизогнутой части расходомерной трубки 20. Согласно одному варианту осуществления, температурный компенсатор 302 составляет приблизительно 0,14 дюйма. Согласно еще одному варианту осуществления температурный компенсатор 302 составляет приблизительно от 0,01 до 0,02 дюйма. Согласно еще одному варианту осуществления, могут присутствовать несколько температурных компенсаторов 302 на перепуске 22.
Фиг. 13 и 14 иллюстрируют варианты осуществления расходомерной трубки 20, в которой обходное колено 400 (фиг. 13), 402 (фиг. 14) располагается в перепуске 22. Согласно указанным вариантам осуществления, обходное колено 400, 402 выступает как расширительный буфер таким образом, что сокращаются до минимума термические напряжения в расходомерной трубке 20, как обсуждается выше. Обходное колено 400, проиллюстрированное на фиг. 13 имеет два изгиба 400a, 400b и прямую часть 400c между ними. Согласно соответствующему варианту осуществления, как представлено на фиг. 14, перепуск 22 включает обходное колено 402, которое является аналогичным колену на фиг. 3, но имеет более крутые изгибы, которые сокращают до минимума термические напряжения. Хотя проиллюстрирован простой изгиб, для перепуска 22 также предусматриваются петлевая, волнообразная, зигзагообразная или аналогичный форма. Такие структуры создают некоторый изгиб в перепуске 22, чтобы компенсировать тепловое расширение, и, таким образом, создают буфер для паяных соединений между расходомерной трубкой 20 и любым анкерным блоком 30a, 30b, которые защищаются от воздействия неблагоприятных сил, вызываемых тепловым расширением.
Анкеры 30a, 30b и трубные опоры 106, проиллюстрированные на фиг. 4-8, имеют вырезы, в которые помещается расходомерная трубка 20, и которые являются одновременно полукруглыми и проходящими в радиальном направлении. Эта сложная механическая операция является трудоемкой и дорогостоящей, но необходимой для помещения сложных изгибов расходомерной трубки 20. Далее рассмотрим фиг. 15, из которого станет ясно, что, согласно альтернативному варианту осуществления, посредством введения обходного колена 402 в перепуске 22 на фиг. 14, помимо секций 21 и 23 расходомерной трубки, которые остаются на плоскостях F1 и F2, соответственно, вырезы в анкерах 30a, 30b и трубных опорах 106 не обязательно должны иметь сложную форму. Фиг. 16 представляет вариант осуществления опоры 106, иллюстрируя образованный в ней канал 107, который проходит вдоль пути S1 в одной плоскости. Указанный канал 107 может быть прямолинейным или закругленным. Эта производственная операция является значительно более простой, чем операция, которая требуется для одновременно полукруглых и проходящих в радиальном направлении путей, которые располагаются в различных плоскостях. Проходящий в одной плоскости канал 107 в одной их трубных опор 106 вмещает обходное колено 402 в перепуске 22. Указанный проходящий в одной плоскости канал 107 может воспроизводиться в анкерах 30a, 30b, таким образом, что расходомерная трубка 20 может помещаться между опорой 106 и анкерами 30a, 30b. Кроме того, когда секции 21 и 23 расходомерной трубки остаются в плоскостях F1 и F2, как отмечено выше, имеющий такой же тип и проходящий в одной плоскости канал 107 опоры 106 и анкеров 30a, 30b также используется в опоре 106, которая вмещает секции 21 и 23 расходомерной трубки 20, а не только перепуск 22.
Помимо упрощения изготовления и уменьшения расходов, данный вариант осуществления производит более прочный узел датчика 10, который способен выдерживать более высокое термический напряжение вследствие увеличения прочности паяных соединений. Идеальная толщина присадочного металла для пайки составляет приблизительно 0,003 дюйма. Расходомерная трубка 20, имеющая одновременно полукруглые и проходящие в радиальном направлении изгибы, расположенные между соответствующими анкерами 30a, 30b и трубными опорами 106, также имеющими одновременно полукруглые и проходящие в радиальном направлении каналы, как проиллюстрировано на фиг. 4-8, проявляет тенденцию к отклонению к одной или другой стороне канала, в котором располагается расходомерная трубка 20. Например, могут существовать области, где на одной стороне паяного соединения отсутствует какой-либо зазор, в то время как на другой стороне соединения присутствует зазор, составляющий 0,006 дюйма и заполненный присадочным материалом для пайки. Таким образом, не всегда оказывается возможным достижение идеального размера зазора, составляющего 0,003 дюйма. Согласно варианту осуществления, проходящие в одной плоскости каналы 107 вдоль пути S1 имеют такую конфигурацию, внутренняя поверхность расходомерной трубки 20 вступает в контакт с элементами опоры 106 и анкерами 30a, 30b только у наружных краев E1 и E2 проходящего канала 107. Это определяет зазор G1, который составляет от 0,0025 до 0,0035 дюйма. Согласно варианту осуществления зазор G1 составляет приблизительно 0,003 дюйма. Согласно тому же варианту осуществления, наружная поверхность расходомерной трубки 20 вступает в контакт с элементами опоры 106 и анкерами 30a и 30b в точке G1 канала 107, образуя зазоры в точках E1 и E2, составляющие от 0,0025 до 0,0035 дюйма. Хотя проиллюстрирована только опора 106, следует понимать, что такая же ориентация канала 107, вырезы, отводы, зазоры, принадлежности и другие параметры применяются для анкеров 30a, 30b. Кроме того, хотя проиллюстрирована скобка, имеющая угол 90°, но «ступенчатый» блок, такой как блок, представленный на фиг. 7, мог бы также вмещать проходящий в одной плоскости канал 107 вдоль пути, аналогично тому, как представлено на фиг. 16.
Настоящее изобретение, которое описано выше, предлагает разнообразные устройства и способы для уменьшения напряжения, возникающего в циклах нагревания и охлаждения, связанных с пайкой элементов расходомера в случае вибрационного расходомера, такого как расходомер Кориолиса. Хотя разнообразные варианты осуществления, описанные выше, относятся к расходомерам, в частности, расходомерам Кориолиса, следует понимать, что настоящее изобретение не должно ограничиваться расходомерами Кориолиса, но, напротив, способы описанный в настоящем документе могут использоваться с другими типами расходомеров или с другими вибрационными датчиками, у которых отсутствуют некоторые из измерительных возможностей расходомеров Кориолиса.
Подробные описания приведенных выше вариантов осуществления не представляют собой исчерпывающие описания всех вариантов осуществления, которые предусмотрены авторами для включения в объем настоящего изобретения. По существу, специалисты в данной области техники понимают, что некоторые элементы описанных выше вариантов осуществления могут различным образом сочетаться или исключаться в целях создания следующих вариантов осуществления, причем такие следующие варианты осуществления находятся в пределах объема и описания настоящего изобретения. Таким образом, несмотря на конкретные варианты осуществления и соответствующие примеры настоящего изобретения, которые описаны в настоящем документе для иллюстративных целей, являются возможными разнообразные эквивалентные модификации в пределах объема настоящего изобретения, насколько это понимают специалисты в данной области техники. Описания, представленные в настоящем документе, могут применяться и к другим вибрационным датчикам, а не только к вариантам осуществления, которые описаны выше и представлены на сопровождающих чертежах. Соответственно, объем настоящего изобретения должен определяться на основании следующей формулы изобретения.