[發明專利]用于傳感器的傳感器組件、傳感器和由此形成的測量系統

有效

• 申請號: 201580047051.2
• 申請日: 2015-08-19
• 公開（公告）號: CN107148558B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 克里斯蒂安·萊斯;安德烈亞斯·施特魯布;多米尼克·維德克爾
• 申請（專利權）人: 恩德斯+豪斯流量技術股份有限公司
• 主分類號: G01F1/32
• 分類號: G01F1/32
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 穆森;戚傳江

一種傳感器組件(11)包括：碗形，即，至少部分地凹形的膜(111)，具有彎曲的表面(111+)和相反放置的表面(111#)；以及從膜的表面(111+)延伸的傳感器葉片(112)。膜(11)被形成為使得表面(111+)的鄰接傳感器葉片的至少一個區域為凸形。一種傳感器，該傳感器由這種傳感器組件和與之耦合的換能器元件(12)形成并且用來生成表示傳感器葉片的隨時間變化的運動和/或膜的隨時間變化的變形的傳感器信號；或者一種測量系統，由傳感器和與之連接的測量電子設備形成，能被用來記錄流動流體，諸如400℃熱蒸汽中的壓力波動，以便測量流體的流參數。

技術領域

本發明涉及具有膜和從膜的表面延伸的傳感器葉片的傳感器組件。此外，本發明涉及由多個這種傳感器組件形成的傳感器，或者由此形成的測量系統，或者其用于記錄流動流體中的壓力波動的用途。

背景技術

通常在用于測量在管道中流動，尤其是快速流動的流體的流速和/或高雷諾數(Re)的熱氣體和/或流體流量，或對應于各個流速(u)的體積或質量流率的過程測量和自動化技術中使用的是形成為渦流測量裝置的測量系統。這種測量系統的示例能從US-A 2006/0230841,US-A 2008/0072686,US-A 2011/0154913,US-A 2011/0247430,US-A 6,003,384,US-A 6,101,885,US-B 6,352,000,US-B 6,910,387或US-B 6,938,496等了解，或在名稱“PROWIRL D 200”、“PROWIRL F 200”、“PROWIRL O 200”、“PROWIRL R 200”等(http://www.de.endress.com/#products/prowirl)下，由申請人出售。

這些測量系統具有伸入各個管道，例如以供熱網或渦輪電路的部件的形式的管道的內腔中，或伸入在管道過程中安裝的測量管的內腔中，因此流體逆其流動的鈍體，該鈍體在鈍體的下游直接流動的流體流量的體積部內，生成布置以形成所謂的卡門(Kármán)渦街的渦流。在這些情況下，眾所周知，取決于流速，從鈍體，按脫落率(1/f_Vtx)生成渦流。此外，測量系統具有集成到鈍體中，或與鈍體連接或位于鈍體的下游，即在卡門渦街的區域中，并且伸入該流體中，因此伸入管道或測量管的內腔中的傳感器，該傳感器用來記錄在流動流體中形成的卡門渦街的壓力波動并且將其轉換成表示壓力波動的傳感器信號，即，傳遞對應于管制在流體內并且經受的壓力的信號，例如電或光信號作為周期性波動，或者傳遞具有對應于渦流的脫落率的信號頻率(～f_Vtx)的信號。

傳感器包括傳感器組件，其由薄，尤其是平的膜和從膜的基本上平面表面延伸的傳感器葉片，最常見的是桿形、板形或楔形傳感器葉片形成，并且適合于記錄卡門渦街中的壓力波動，即，將其轉換成對應于壓力波動的膜運動。膜包括外邊緣分段，最常見的是環形的外邊緣分段，其適合于例如通過材料粘結，氣密地密封地連接到用于將膜安裝到管壁的底座，以膜覆蓋或者氣密地密封在管壁中提供的開口以及承載傳感器葉片的膜的表面面對引導流體的測量管或管道的內腔的形式，因此傳感器葉片向內伸入內腔中。形成膜以使得測量為由外邊緣分段包圍的內部膜分段的最小厚度的膜厚度遠小于測量為由外邊緣包圍的分段區域的最大直徑的膜直徑。為了實現盡可能高的測量靈敏度，即，傳感器對要記錄的壓力波動的盡可能高的靈敏度，同時，盡可能高的用于由壓力波動強制的傳感器組件的彎曲振蕩模式的機械本征頻率，即高于要測量的最高脫落率的本征頻率，建立的測量系統的膜具有例如大約數量級20:1的直徑厚度比。其中，如上述US-B 6,352,000等中所示，上述類型的傳感器組件有時能夠另外地具有從與承載傳感器葉片的表面相對的膜的表面延伸的補償體，通常是桿、板或殼狀的補償體，尤其用來補償由傳感器組件的運動產生的，例如由管道的震動產生的力，或者力矩，或防止由此產生的傳感器葉片的不期望運動。

為了生成傳感器信號，傳感器進一步包括對應換能器元件，例如通過與傳感器組件機械耦合，或集成在其中的電容器，或通過用作壓電換能器的壓電堆形成，通常適合于記錄膜的，或者在指定情況下當前補償體的運動并且將其調制成電或光載波信號。