用于传感器的传感器组件、传感器以及用其制造的测量系统技术方案

本发明专利技术涉及传感器组件(11)，其包括具有两个相对的表面(111+,111#)和外边缘段(111a)的变形体(111)以及从表面(111+)延伸到远端并具有左侧的第一侧表面(112+)和右侧的第二侧表面(112#)的传感器叶片(112)。此外，传感器组件(11)还包括过载保护装置(113)，其从边缘段(111a)延伸到远端，能够用于保护变形体(111)防止塑性即不可逆变形的影响，并且具有从传感器叶片以横向距离引导的支撑镫形件(113a)以及由支撑镫形件保持的用于限制传感器叶片(112)的运动的两个止动件(113b,113c)，其中止动件的第一止动件(113b)位于传感器叶片的左侧上，止动件的第二止动件(113c)位于传感器叶片的右侧上。止动件(113b,113c)被定其尺寸并且被布置，使得在它们之间形成的中间空间(113’)仅接纳传感器叶片(112)的子部分(112a)。变形体和传感器叶片还适于被激励以围绕公共静态静止位置执行振荡，并且在这种情况下相对于过载保护装置运动，使得传感器叶片执行使变形体弹性变形的摆动运动，在此期间，子部分(112a)交替地向左，即在朝着止动件(113b)的方向上运动，并且向右，即在朝着第二止动件(113c)的方向上运动。利用这种传感器组件以及与传感器组件联接并用于产生传感器信号的换能器元件(12)形成的传感器或者利用传感器和与传感器连接的测量电子器件形成的测量系统能够用于检测流动流体中的压力波动，以便测量流体的流动参数，所述流体例如具有至少有时400℃的温度和/或至少有时大于140巴的压力的蒸汽，所述传感器信号表示传感器叶片的根据时间而变化的运动和/或变形体的根据时间而变化的变形。

Sensor assembly, sensor for measuring sensor and measuring system made thereof

The present invention relates to a sensor assembly (11), which comprises a deformable body (111) having two relative surfaces (111+, 111#) and an outer edge segment (111a), and a sensor blade (112) that extends from the surface (111+) to the distal end and has the first side surface (112+) on the left and the second side of the right side (112#). In addition, the sensor assembly (11) includes an overload protection device (113) extending from the edge section (111a) to the far end, which can be used to protect the deformable body (111) to prevent the plastic or irreversible deformation, and the support stapes (113a), which is guided from the lateral distance of the sensor blade, and the limited transmission by the support stapes. The two motion pieces (113B, 113C) of the motion of the sensor blade (112) are located on the left side of the sensor blade, and the second stop (113C) of the stop part is located on the right of the sensor blade. The stops (113B, 113C) are determined and arranged so that the intermediate space formed between them (113 ') accepts only the subparts (112a) of the sensor blade (112). The deformable body and the sensor blades are also adapted to be stimulated to perform oscillations around the static static position, and in this case the sensor blades perform the swinging movement of the elastic deformation of the deformable body relative to the overload protection device, during which the subpart (112a) turns to the left alternately, that is, towards the stop (113B). In the direction of movement, and to the right, that is moving towards the direction of the second stopper (113C). The sensor assembly and a transducer formed by a transducer element (12) that is connected to the sensor component and used to produce a sensor signal or a measuring system formed by a sensor and a measuring electronic device connected with the sensor can be used to detect pressure fluctuation in the flow fluid so as to measure the flow parameters of the fluid, The fluid, for example, has at least a temperature of at least 400 centigrade and / or at least a steam of at least 140 bars of pressure, and the sensor signals represent the deformation of the motion and / or deformable body of a sensor blade that varies according to time according to the time.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于传感器的传感器组件、传感器以及用其制造的测量系统
本专利技术涉及一种传感器组件，该传感器组件具有变形体，尤其是膜状和/或盘形变形体，以及从变形体的表面延伸的传感器叶片。此外，本专利技术涉及一种利用这种传感器组件形成的传感器，并且涉及一种用该传感器形成的测量系统，并且涉及其用于记录流动流体中的压力波动和/或用于测量在管线中流动的流体的至少一个流动参数的应用。
技术介绍
在用于测量在管线中流动(尤其是快速流动)的流体和/或热气体和/或具有高雷诺数(Re)或具有相应流速(u)的体积或质量流量的流体流的流速的过程测量和自动化技术中经常使用实施为涡旋流量测量设备的测量系统。这种测量系统的示例主要从US-A2006/0230841、US-A2008/007686、US-A2011/015913、US-A2011/0247430、US-A6,003,384、US-A6,101,885、US-B6,352,000、US-B6,910,387或US-B6,938,496中已知，并且主要还由申请人例如以名称“PROWIRLD200”、“PROWIRLF200”、“PROWIRLO200”、“PROWIRLR200”提供。这种测量系统涉及钝体，该钝体以例如供热网络或涡轮循环系统的构件的形式突出到管线的管腔中，或者突出到安装在管线的线路中的测量管的管腔中。流体紧靠钝体流动，导致涡流对准以在钝体的正下游流动的流体的体积部分内形成所谓的卡门涡街。众所周知，涡流是在钝体上生成的，该钝体具有根据在主流动方向上流过测量管的流体的流速的脱落率(1/fVtx)。此外，测量系统具有传感器，该传感器被集成在钝体中，或者与钝体连接或者从钝体的下游突出(即，进入卡门涡街区域中)，进入到流中，从而进入到测量管的管腔中。该传感器用于记录在流动流体中形成的卡门涡街中的压力波动，并且将该压力波动转换成表示压力波动的传感器信号，即传递信号，例如电信号或光信号，该信号与在流体内记录的并且由于在钝体相对感测运动的下游的涡流而经受周期性波动的压力相对应。传感器信号具有与涡流脱落率相对应的信号频率(～fVtx)。该传感器包括利用变形体和传感器叶片形成的传感器组件，该变形体最常形成为薄且基本平坦的膜，该传感器叶片最常形成为板状或楔形的传感器叶片，该传感器从变形体的基本平坦的表面延伸并且适于记录在与实际主流动方向横向的检测方向上作用的卡门涡街中的压力波动，即，以使得传感器叶片由于压力波动而在检测方向上执行摆状运动的方式将压力波动转换成变形体的与压力波动相对应的运动，该摆状运动使变形体弹性变形，从而使变形体和传感器叶片被激励以关于共享静态静止位置执行受迫振荡。此外，变形体包括常常为环形的外边缘段，该外边缘段适于利用气密密封(例如，通过材料结合连接)与用于将变形体和用其形成的传感器安装到管的壁上的座连接，使得变形体覆盖并气密密封在管的壁中提供的开口，并且承载传感器叶片的变形体的表面面向测量管或管线的流体输送管腔。因此，传感器叶片向内突出到管腔中。由于变形体通常被实施为膜状或盘形，承载传感器叶片的变形体的同样也由外边缘段毗邻的内部段的厚度常常远小于该段的由外边缘段毗邻的表面的最大直径。为了获得足够高的测量灵敏度，即传感器对要记录的压力波动的足够高的灵敏度，所建立的测量系统的变形体通常具有例如以20∶1的数量级的相对应的直径与厚度比。如例如在上面引用的US-B6,352,000中所示，前述类型的传感器组件有时还能够具有平衡体，最常见的是杆形、板形或壳形平衡体，该平衡体从变形体的背离承载传感器叶片的表面的表面延伸。平衡体尤其用于补偿由传感器组件的运动(例如由管线的振动所产生的)所产生的力和力矩，并且以防止由此产生的传感器叶片的不希望的运动。为了生成传感器信号，传感器因此包括相对应的换能器元件，例如，利用与传感器组件机械联接或集成在其中的电容器形成的换能器元件，或利用用作压电换能器的压电叠堆形成的换能器元件。换能器元件适于记录变形体或在给定情况下存在的平衡体的与压力波动相对应的运动，并且适于相应地调制电或光载波信号。传感器组件，即用其形成的传感器，在背离流体输送管腔的一侧上还与变送器电子器件连接，该变送器电子器件通常是耐压和耐冲击地封装的，在给定情况下，也是向外气密密封的变送器电子器件。工业级测量系统的变送器电子器件通常具有相对应的数字测量电路，该数字测量电路经由连接线与换能器元件电连接，在给定的情况下具有插置的电屏障和/或电流分离位置，用于处理由换能器元件产生的至少一个传感器信号，并且用于产生用于在每种情况下要记录的测量值的数字测量值，即流速、体积流量和/或质量流量。在工业测量技术中建立的工业上可用的测量系统的变送器电子器件通常容纳在金属和/或抗冲击合成材料的保护壳体中，并且此外，最通常还具有符合工业标准(例如，DINIEC60381-1)的外部接口，用于与例如利用可编程逻辑控制器(PLC)形成的上级测量和/或控制系统通信。这种外部接口例如能够被实施为电流回路的双导体连接和/或与已建立的工业现场总线兼容的一些其它接口。特别是，由于由测量的原理产生的变形体的相对高的直径与厚度比，在应用高强度镍基合金(诸如Inconel718(SpecialMetalsCorp.))作为变形体的材料的情况下，所讨论类型的常规传感器最常可具有压力极限，即最大允许操作压力，超过该压力，传感器尤其是其变形体能够发生不可逆的塑性变形。对于在某些应用中有时实际出现的极高压力，该压力极限可能太低。该情况可能使得即使在仅仅是瞬时的(例如脉冲状)过载的情况下，也不再能保证相应测量系统的完整性和所声称的测量精度。例如，在对于所讨论的测量原理实际上期望的流体温度高于400℃的(热)蒸汽处理中，在这种情况下，例如在传感器区域中的所谓的凝结引起的水锤(CIWH)不仅能够导致高于140巴的极高动态压力，而且有时还会导致待测量流体中非常不均匀、不对称的压力分布，使得在检测方向上测量的随后作用在传感器叶片上的压力波动具有大于20巴的峰值，并且因此导致传感器组件的相对应的不可逆变形程度增加以及测量系统的失效，在这样的应用中也会观察到上述情况。基于上述情况，本专利技术的一个目的是改进所讨论类型的传感器组件尤其是用其形成的传感器的构造，使得它们因此具有更高的耐压性，并且耐压性对操作温度的依赖性使能够在蒸汽温度高于400℃并且有时压力峰值高于140巴的脉冲状变化的压力的热蒸汽处理中使用。
技术实现思路
为了实现该目的，本专利技术在于一种用于传感器的传感器组件，例如用于记录在流动流体中形成的卡门涡街中的压力波动的传感器的传感器组件，该传感器组件包括：变形体，例如膜状和/或盘状变形体，该变形体具有第一表面、相对放置的第二表面--例如至少部分地平行于第一表面的第二表面，以及外边缘段--例如环形外边缘段和/或设置有密封表面的外边缘段；传感器叶片，该传感器叶片从变形体的第一表面延伸到远端，例如板形或楔形传感器叶片，该传感器叶片具有左侧的第一侧表面和右侧的第二侧表面；以及过载保护装置，该过载保护装置从变形体的边缘段延伸到远端，并且用于保护变形体以防止塑性的(即不可逆的)变形的影响，该过载保护装置具有围绕传感器叶片以横向间隔引导的支撑镫形件以及由支撑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于传感器，尤其是用于记录在流动流体中形成的卡门涡街中的压力波动的传感器，的传感器组件，所述传感器组件包括：‑变形体(111)，尤其是膜状和/或盘形变形体(111)，所述变形体(111)具有第一表面(111+)、相对放置的第二表面(111#)‑‑尤其是至少部分平行于所述第一表面(111+)的第二表面(111#)、以及外边缘段(111a)‑‑尤其是环形外边缘段(111a)和/或设有密封表面的外边缘段(111a)；‑传感器叶片(112)，所述传感器叶片(112)从所述变形体的所述第一表面(111+)延伸到远端，尤其是板状或楔形的传感器叶片(112)，所述传感器叶片(112)具有左侧的第一侧表面(112+)和右侧的第二侧表面(112#)；‑以及过载保护装置(113)，所述过载保护装置(113)从所述变形体(111)的所述边缘段(111a)延伸到远端并且用于保护所述变形体(111)以防止塑性的即不可逆的变形，所述过载保护装置具有围绕所述传感器叶片以横向间隔引导的支撑镫形件(113a)以及由所述支撑镫形件保持的用于限制所述传感器叶片(112)的运动的两个止动件(113b,113c)，其中，所述第一止动件(113b)位于所述传感器叶片的左侧上，所述第二止动件(113c)位于所述传感器叶片的右侧上；‑其中，所述止动件(113b,113c)被定其尺寸并且被布置，使得在它们之间形成的中间空间(113’)仅接纳所述传感器叶片(112)的部分(112a)，尤其是所述传感器叶片(112)的位于边缘的部分(112a)，‑以及其中，所述变形体(111)和所述传感器叶片(112)适于被激励以围绕共享静态静止位置执行振荡，尤其是受迫振荡，并且在这种情况下以所述传感器叶片执行使所述变形体弹性变形的摆状运动的方式相对于所述过载保护装置(113)运动，在这种情况下，所述传感器叶片(112)的位于所述中间空间(113')内的所述部分(112a)交替地向左和向右运动，向左即在朝所述第一止动件(113b)的方向上，向右即在朝所述第二止动件(113c)的方向上。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.24 DE 102015116147.81.一种用于传感器，尤其是用于记录在流动流体中形成的卡门涡街中的压力波动的传感器，的传感器组件，所述传感器组件包括：-变形体(111)，尤其是膜状和/或盘形变形体(111)，所述变形体(111)具有第一表面(111+)、相对放置的第二表面(111#)--尤其是至少部分平行于所述第一表面(111+)的第二表面(111#)、以及外边缘段(111a)--尤其是环形外边缘段(111a)和/或设有密封表面的外边缘段(111a)；-传感器叶片(112)，所述传感器叶片(112)从所述变形体的所述第一表面(111+)延伸到远端，尤其是板状或楔形的传感器叶片(112)，所述传感器叶片(112)具有左侧的第一侧表面(112+)和右侧的第二侧表面(112#)；-以及过载保护装置(113)，所述过载保护装置(113)从所述变形体(111)的所述边缘段(111a)延伸到远端并且用于保护所述变形体(111)以防止塑性的即不可逆的变形，所述过载保护装置具有围绕所述传感器叶片以横向间隔引导的支撑镫形件(113a)以及由所述支撑镫形件保持的用于限制所述传感器叶片(112)的运动的两个止动件(113b,113c)，其中，所述第一止动件(113b)位于所述传感器叶片的左侧上，所述第二止动件(113c)位于所述传感器叶片的右侧上；-其中，所述止动件(113b,113c)被定其尺寸并且被布置，使得在它们之间形成的中间空间(113’)仅接纳所述传感器叶片(112)的部分(112a)，尤其是所述传感器叶片(112)的位于边缘的部分(112a)，-以及其中，所述变形体(111)和所述传感器叶片(112)适于被激励以围绕共享静态静止位置执行振荡，尤其是受迫振荡，并且在这种情况下以所述传感器叶片执行使所述变形体弹性变形的摆状运动的方式相对于所述过载保护装置(113)运动，在这种情况下，所述传感器叶片(112)的位于所述中间空间(113')内的所述部分(112a)交替地向左和向右运动，向左即在朝所述第一止动件(113b)的方向上，向右即在朝所述第二止动件(113c)的方向上。2.根据前述权利要求中一项所述的传感器组件，其中，所述过载保护装置(113)在面向所述变形体(111)的所述边缘段(111a)的一端上具有连接元件(113d)，尤其是环形连接元件(113d)。3.根据权利要求2所述的传感器组件，其中，所述连接元件(113d)和所述支撑蹬形件(113a)是一个且相同的整体成形部件的一体构件。4.根据权利要求2所述的传感器组件，其中，支撑蹬形件(113a)和连接元件(113d)连接在一起，尤其是通过材料结合，尤其是焊接在一起。5.根据权利要求2至4中的一项所述的传感器组件，其中，所述过载保护装置(113)的所述连接元件(113d)和所述变形体(111)的所述边缘段(111a)连接在一起，尤其是通过材料结合，尤其是焊接在一起。6.根据前述权利要求中的一项所述的传感器组件，其中，变形体、传感器叶片和过载保护装置被定其尺寸并且被布置，使得在传感器叶片与所述变形体一起位于共享静态静止位置的情况下，所述传感器叶片既不接触所述支撑蹬形件，也不接触所述止动件中的任一个。7.根据前述权利要求中的一项所述的传感器组件，其中，变形体、传感器叶片和过载保护装置被定其尺寸并且被布置，使得在传感器叶片与所述变形体一起位于共享静态静止位置的情况下，在所述传感器叶片和所述两个止动件中的每一个之间形成间隙，尤其使得所述间隙中的每个具有大于0.02mm和/或小于0.2mm的最小间隙宽度，和/或所述传感器叶片不接触所述止动件中的任一个。8.根据前述权利要求中的一项所述的传感器组件，其中，变形体、传感器叶片和过载保护装置被定其尺寸并且被布置，使得在传感器叶片与所述变形体一起位于共享静态静止位置的情况下，在所述传感器叶片和所述支撑蹬形件之间形成间隙，尤其使得所述间隙具有大于0.02mm的最小间隙宽度，和/或所述传感器叶片不被所述支撑蹬形件接触。9.根据前述权利要求中的一项所述的传感器组件，其中，变形体、传感器叶片和过载保护装置被定其尺寸并且被布置，使得在传感器叶片与变形体一起位于不同于所述共享静态静止位置的共享第一端位置的情况下，所述传感器叶片接触所述第一止动件，但是尤其不接触所述支撑镫形件。10.根据前述权利要求所述的传感器组件，其中，变形体、传感器叶片和过载保护装置被定其尺寸并且被布置，使得在传感器叶片与所述变形体一起位于不同于所述共享静态静止位置以及还不同于所述共享第一端位置的共享第二端位置的情况下，所述传感器叶片接触所述第二止动件，但尤其不接触所述支撑镫形件。11.根据前述权利要求所述的传感器组件，其中，变形体、传感器叶片和过载保护装置被定其尺寸并且被布置，使得所述变形体对应于所述第一端位置的变形以及所述变形体对应于所述第二端位置的变形二者是弹性的，尤其是线性弹性的。12.根据前述权利要求中的一项所述的传感器组件，-其中，所述传感器叶片具有突起，尤其是端子和/或销形突起，-以及其中，变形体、传感器叶片和过载保护装置被定其尺寸并且被布置，使得所述突起向内突出到在所述止动件之间形成的所述中间空间中。13.根据前述权利要求所述的传感器组件，其中，所述止动件由所述支撑镫形件中的凹部，尤其是形成为通道或内孔的凹部，的边缘段提供，并且所述中间空间由被所述边缘段包围的所述凹部的管腔形成。14.根据前述权利要求中的一项所述的传感器组件，-其中，变形体和过载保护装置通过材料结合连接在一起，尤其是通过焊接、硬钎焊或软钎焊在一起；以及/或者-其中，变形体和传感器叶片通过材料结合连接在一起，尤其是通过焊接、硬钎焊或软钎焊在一起。15.根据前述权利要求中的一项所述的传感器组件，-其中，所述过载保护装置至少部分地，尤其主要地或完全地，由金属构成，尤其是不锈钢或镍基合金；以及/或者-其中，变形体和过载保护装置由相同材料构成；以及/或者-其中，变形体和过载保护装置是一个且相同的整...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·莱斯，安德烈亚斯·施特鲁布，多米尼克·维德克尔，
申请(专利权)人：恩德斯豪斯流量技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH