CN100335866C

CN100335866C - 振动式仪用互感器

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Publication number: CN100335866C
Application number: CNB028105680A
Authority: CN
Inventors: 沃尔夫冈·德拉姆; 阿尔弗雷德·里德; 恩尼奥·比托; 赖纳·洛伦茨; 克里斯蒂安·许策; 阿尔弗雷德·文格尔; 米夏埃尔·富克斯; 马丁·安克林
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2022-05-14
Also published as: JP2004538449A; CA2448377C; CA2448377A1; WO2002099363A1; RU2292014C2; DK1389300T3; RU2003136827A; EP1260798A1; CN1613002A; EP1389300B1; EP1389300A1

Abstract

仪用互感器包括弯曲的，在工作时振动的测量管(10)，用于引导流体以及包括与测量管(10)基本上平行的，在工作时反相振动的反向振动器(20)。测量管(10)和反向振动器(20)在入口侧借助于耦合元件(31)和在出口侧借助于耦合元件(32)相互机械连接。此外，测量管(10)通过通入入口侧的引入管件(11)和通过通入出口侧的排出管件(12)与引导流体的管道连通。仪用互感器的励磁装置(40)让测量管(10)和反向振动器(20)在励磁频率f_exc下振动，而传感器装置(50)测定测量管(10)的入口侧和出口侧的振动。由至少测量管(10)，反向振动器(20)，励磁装置(40)和传感器装置(50)构成的内装零件，在工作时环绕仪用互感器与引入管件和排出管件(11，12)基本上同中心的纵轴线(A₁)摆动，并这样强制耦合元件(31，32)环绕纵轴线(A1)转动，并至少分段式强制引入管件和排出管件(11，12)基本上扭转的弹性变形。为达到让内装零件尽可能转动柔性的摆动，至少根据引入管件(11)的扭转刚性来确定的第一耦合元件(31)和至少根据排出管件(12)的扭转刚性来确定的第二耦合元件(32)这样确定尺寸，使耦合元件(31)和引入管件(11)的入口侧内在的扭转固有波形具有与励磁频率f_exc大致相同的固有频率f₁以及耦合元件(32)和排出管件(12)的出口侧内在的扭转固有波形具有与固有频率f₁基本上相同的固有频率f₂。因此，尽管仪用互感器仅使用唯一一个弯曲的测量管，但在工作时在很宽的流体密度范围上仍然得到良好的动态平衡。

Description

振动式仪用互感器

技术领域

本发明涉及特别适合于在科式-流量计中使用的振动式仪用互感器。

背景技术

为测定管道中流动的流体，特别是液体的流量，经常使用这样的测量装置，它借助于振动式仪用互感器和与其连接的控制-和计值电子装置在流体中产生科式力，并从该力中导出产生体现流量的测量信号。

这种仪用互感器，特别是其在科式-流量计中的使用早已有所公开并已在工业上应用。例如US-A 55 49 009中介绍了带有各自一个振动式仪用互感器的科式-流量计，该仪用互感器对管道中流动的流体的流量做出反应，该仪用互感器包括：

-在工作时振动的，弯曲的测量管，用于引导流体，该测量管通过通入入口侧的引入管件和通过通入出口侧的排出管件与管道连通，

-与测量管基本上平行的和反相振动的反向振动器，它与测量管

-在入口侧借助于至少是第一耦合元件和

-在出口侧借助于至少是第二耦合元件机械连接，

-励磁装置，用于在励磁频率下驱动测量管和反向振动器以及

-传感器装置，用于测定测量管的入口侧和出口侧的振动，

-其中，引入管件的扭转刚性和排出管件的扭转刚性这样相互确定和根据由二者携带的，至少由测量管，反向振动器，励磁装置和传感器装置构成的内装零件这样确定，使后者基本上转动柔性悬挂。

弯曲的，例如U-，V-，或者Ω形造型的振动测量管，公知可以依据第一固有振动方式激发悬臂振动，在流经的流体中产生科式力。作为测量管的第一固有振动方式在这种类型的仪用互感器中通常选择那种固有振动方式，其中，测量管在最低自然谐振频率时环绕仪用互感器设想的纵轴线摆动。

在流体中这样产生的科式力再次导致所谓有效波形激发的，摆动式的悬臂振动与依据至少第二固有振动方式的悬臂振动以同样频率叠加。在所介绍类型的仪用互感器中，这种通过科式力迫使的悬臂振动方式与所谓的科式波形相应，通常与那种固有振动方式相应，其中，测量管也环绕与纵轴线垂直设置的设想垂直轴线扭转振动。由于有效波形和科式波形的叠加，借助于传感器装置入口侧和出口侧测定的测量管的振动具有也取决于流量的可测量的相差。

常常将这类例如在科式-流量计中使用的仪用互感器的测量管在以第一固有振动方式的瞬时谐振频率，特别是在等速调节的振幅情况下工作时进行激发。因为这种谐振频率特别是也取决于流体的瞬时密度，所以，例如借助于市场上常见的科式-流量计，除了流量外还可以测量流动流体的密度。

弯曲的管造型的优点例如在于，由于热造成的膨胀，特别是在使用具有很高膨胀系数的测量管的情况下，在测量管本身和/或者在所连接的管道中实际没有或者只有很小的机械应力。弯曲测量管的另一优点是，测量管相当长，因此仪用互感器在相当短的安装长度和相当低的励磁能量情况下，对所要测量的流量取得很高的灵敏度。这些情况可以使测量管采用具有很高膨胀系数和/或者很高弹性模数的材料，例如特种钢制造。

与此相比，在采用直测量管的振动式仪用互感器中，为避免轴向应力和取得足够的测量灵敏度，测量管通常由至少具有比特种钢更低的膨胀系数、可能还具有更低的弹性模数的材料制成。因此，对这种情况来说，优选使用钛或者锆测量管，但是，由于它们更高的材料价格和通常更高的加工费用，成本远远高于用特种钢制成的测量管。

按照如US-A 55 49 009中提出的那种类型的仪用互感器，也就是带有一个，特别是唯一的弯曲测量管和带有一个，特别是与测量管平行的反向振动器，主要是在这种情况下使用，即所要测量的流体具有基本上恒定的或者仅在很小程度上变化的密度。因为对于这种使用情况来说，可以借助于工作时与测量管同频率，但反相振动的反向振动器毫无问题地几乎完全抵消由于摆动测量管交替的侧向运动，仪用互感器中感应到的横向力，因此使这种横向力远离所连接的管道。

与此相比，这种类型的仪用互感器在用于较大范围内密度变化的流体的情况下，特别是与带有两个平行测量管的这种仪用互感器相比，实际上具有与无反向振动器的仪用互感器同样的缺点。

事实表明，对于这种情况来说，上述在仪用互感器内部产生的力借助于这种反向振动器也不能完全得到对消。它会重新导致上述的内装零件整体环绕仪用互感器的纵轴线摆动，也开始侧向振动。内装零件的这种侧向振动相应地迫使引入管件和排出管件额外地弹性变形，结果在所连接的管道中产生弯曲振动。

此外，由于在没有流体流过的测量管内也有这种侧向振动，会使与科式波形非常相似的并由此与该波形实际上无法区别的悬臂振动受到对接，然后会使本来体现流量的测量信号无法使用。

另一方面，带有仅一个测量管的仪用互感器与带有两个平行通流测量管相比公知具有更大的优点是，不需要用于测量管与管道连接的集流排。这种集流排一方面是制造费时费力，另一方面它们还会使流动物体具有很高的沉淀形成或者堵塞的倾向。

降低取决于密度的横向力的一种可能性例如在US-A 52 87 754或者US-A 57 05 754中有所介绍。在那里示出的仪用互感器中，从唯一的振动测量管方面产生的，确切说是中频或者高频振动的横向力，借助于比测量管更重的反向振动器和需要时将测量管相当柔性地连接在管道上，也就是说，实际上借助于机械低通远离管道。然而，在这种情况下不利的是，为取得横向力足够强的衰减所要求的反向振动器的质量与测量管的额定宽度超比例增长。这是这种仪用互感器的最大缺点，因为使用这种质量的部件无论是在制造时还是将测量装置装入管道内时，始终意味着增加安装费用。此外，随着质量的增长，仪用互感器最小的固有频率越来越低，在这种情况下很难确保该最小固有频率始终那样远离所连接的管道上同样更低的固有频率。因此，可在工业上，特别是为测量液体所使用的科式-流量测量装置上使用这种类型的仪用互感器，宁可限制在约10mm以下的相当小的测量管-额定宽度上。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种特别适合于科式-流量接收器使用的仪用互感器，它即使在使用弯曲的唯一测量管情况下，在工作时通过较宽的流体密度范围得到动态的良好平衡，尽管如此质量较小。

本发明在管道内流动流体的振动式仪用互感器中实现了该目的，该仪用互感器包括：

-弯曲的，在工作时振动的测量管，用于引导流体，该测量管通过通入入口侧的引入管件和通过通入出口侧的排出管件与管道连通，

-与测量管基本上平行的和在工作时反相振动的反向振动器，它与测量管

--在入口侧借助于第一耦合元件和

--在出口侧借助于第二耦合元件机械连接，

-励磁装置，用于在励磁频率下驱动测量管和反向振动器的振动，

-传感器装置，用于测定测量管的入口侧和出口侧的振动，

-其中，由至少测量管，反向振动器，励磁装置和传感器装置构成的内装零件，环绕仪用互感器与引入管件和排出管件基本上同中心的设想的纵轴线摆动，

--第一和第二耦合元件环绕纵轴线转动，以及

--至少分段式强制引入管件和排出管件基本上扭转的弹性变形，以及

-其中，为内装零件尽可能转动柔性的摆动，

--至少根据引入管件的扭转刚性来确定的第一耦合元件，和

--至少根据排出管件的扭转刚性来确定的第二耦合元件，这样确定尺寸，使

---第一耦合元件和引入管件的入口侧内在的扭转固有波形具有与励磁频率大致相同的固有频率和

---第二耦合元件和排出管件的出口侧内在的扭转固有波形具有与入口侧内在的扭转固有波形的固有频率基本上相同的固有频率。

按照本发明优选的第一构成，入口侧内在的扭转固有波形的固有频率小于励磁频率。

按照本发明优选的第二构成，反向振动器基本上与测量管平行分布。

按照本发明优选的第三构成，反向振动器具有与测量管至少类似的质量分布。

按照本发明优选的第四构成，反向振动器为管状。

按照本发明优选的第五构成，反向振动器基本上与测量管同轴分布。

按照本发明优选的第六构成，反向振动器与测量管基本上造型相同。

按照本发明优选的第七构成，为调整反向振动器的质量分布，在该反向振动器上安装质量平衡体。

按照本发明优选的第八构成，反向振动器重于测量管。

按照本发明优选的第九构成，为确定入口侧的扭转固有波形在引入管件上刚性定位第一旋转质量平衡体，为确定出口侧的扭转固有波形在排出管件上刚性定位第二旋转质量平衡体。

按照本发明优选的第十构成，仪用互感器包括与引入管件基本上同轴的第一扭转消除器和与排出管件基本上同轴的第二扭转消除器。

按照本发明优选的第十一构成，仪用互感器包括在引入管件上和排出管件上定位的互感器外壳，它具有高出励磁频率至少20％的最低固有频率。

按照一优选的进一步构成，本发明在于带有上述仪用互感器的科式-流量计。

本发明的基本设想是，用于科式波形，因此也是用于测量流量的，以上述方式悬挂的内装零件的这种更确切地说非临界的扭转振动，基本上由测量管和反向振动器的同相摆动运动引起，用于为构成科式波形，因此也为测量流量抵消极其有害的侧面的横向力。就是说，这种本来一直不希望的扭转振动不仅没有简单地进行抑制，而是更多地针对其与管道的机械连接确定这样产生，使借助于这种扭转振动总体上降低对仪用互感器的干扰作用，并由此提高其测量特性。

对此，依据本发明，由入口侧的耦合元件和引入管件构成的入口侧的扭转振动器以及由出口侧的耦合元件和排出管件构成的出口侧的扭转振动器机械上这样确定，使两个扭转振动器实际上以与摆动的内装零件谐振振动。它的作用是，让内装零件尽可能地没有外部反作用力矩摆动，从而该件实际上与引入管件和排出管件完全退耦。由于这种退耦，内装零件的总动量矩实际为零。以与总动量矩同样的方式，通过上述的退耦，使内装零件侧面的总动量矩，也就是从中导出的并可向外传递的横向力降到零。

本发明的优点在于，仪用互感器以相当少的机械上的增加费用，实际上不取决于工作造成的内部总质量的振动，特别是在较宽的流体密度范围上得到非常好的平衡。

依据本发明的仪用互感器此外的突出特征在于，引入管件和排出管件较短，因此在动态振动退耦基本上保持同样高的质量下，可以总体上明显减少仪用互感器的安装长度。

此外，尽管其安装长度短，但仪用互感器仍很容易安装。

附图说明

下面借助附图中示出的实施例对本发明和其他优点进行说明。相同部件在附图中采用相同参考符号标注。为有助于清晰明了，后面的附图中取消已经提及的参考符号。其中：

图1a示出振动式仪用互感器的侧视透视图；

图1b示出依据图1a仪用互感器的轴向前视图；

图2示出依据图1a，1b的仪用互感器上可测得的第一测量曲线；

图3示出依据图1a，1b的仪用互感器上可测得的第二测量曲线；

图4示出仪用互感器的扭转消除器。

具体实施方式

图1a，1b示出带有振动式仪用互感器的流动流体测量装置的示意图。仪用互感器的作用是，在流经的流体中产生机械反作用力，例如取决于流量的科式力，取决于密度的惯性力和/或者取决于粘度的摩擦力，它们可测量地，特别是可由传感器测定地反作用于仪用互感器。从这些反作用力中导出，可以专业人员公知的方式测量流体的例如流量m，密度ρ和/或者粘度η。

为引导所要测量的流体，仪用互感器包括一个，特别是唯一的弯曲的测量管10，它通过通入入口侧的引入管件11并通过通入出口侧的排出管件12连接在这里没有示出的输送或排出流体的管道上。测量管10，引入管件和排出管件11，12彼此以及与设想的纵轴线A₁同心设置，它们以具有优点的方式整体构成，从而例如唯一管状的半成品可以用于其制造；如果需要，测量管10以及引入管件和排出管件11，12可以借助于单个的，附加组装的，例如焊接的半成品制造。为制造测量管10，在这种情况下实际上可以使用这种仪用互感器常用的各种材料，例如钢，哈斯特耐蚀镍基合金，钛，锆，钽等。

对于仪用互感器与管道可松开的安装这种优选的情况来说，在引入管件11入口端上制成第一法兰13，在排出管件12出口端上制成第二法兰14；如果需要，引入管件和排出管件11，12也可以例如借助于焊接或者硬焊与管道直接连接。

此外，在引入管件11的入口端上和排出管件12的出口端上，如图1a所示，优选一个，特别是刚性定位的，特别是抗弯-和抗扭刚度的互感器外壳100，它可以是例如箱形或者是空腔圆柱体。互感器外壳100还可以用作测量装置的电子装置外壳200的托座。

如图1a，1b所示，仪用互感器还包括测量管10的反向振动器20，它借助于入口侧的第一耦合元件31和借助于出口侧的特别是与耦合元件31同一造型的第二耦合元件32，分别可振动定位在测量管10的入口端上和测量管10的出口端上。在这种情况下，可以使用一个，或者如图1a所示的两个连接板作为耦合元件31，它们以相应的方式在入口侧各自固定在测量管10和反向振动器20上；与此类似，耦合元件32也可以借助于在出口侧各自固定在测量管10和反向振动器20上的连接板实现。

优选同样管状的反向振动器20与测量管10相距并与其基本上平行设置在仪用互感器内。此外，测量管10和反向振动器20优选这样构成，使它们在尽可能相同的外部立体造型下，具有相同的或者至少相互类似的，特别是彼此成比例的质量分布。但是具有优点的是，反向振动器20也可与测量管10造型不同；如果需要，例如反向振动器20也可以与测量管10同轴分布设置在仪用互感器内。

此外，优选反向振动器20这样构成，使它重于测量管10。

为了使反向振动器20尽可能简单地与作用于实际测量管上的质量分布可操作地配合，按照本发明的一优选构成，将作为非连续式附加质量使用的质量平衡体21特别是可松开安装在反向振动器20上。质量平衡体21例如可以是拧在从外面定位在测量管10上的相应螺栓上的圆片，或者插在测量管上的短管件。此外，反向振动器20上相应的质量分布例如也可以通过纵槽或者环形槽的造型实现。适合于各自应用的质量分布可以事先例如借助于有限元计算和/或者借助于相应的校验测量毫无问题地测定。

在仪用互感器工作时，测量管10如在那种振动式仪用互感器中通常那样，在励磁频率f_exc下这样进行悬臂振动激发，使该测量管在这种所谓的有效波形中环绕仪用互感器的纵轴线A₁摆动，基本上依据第一自然固有振动方式外弯。同时，也对反向振动器20进行悬臂振动激励，具体说是这样，使它至少在流体静止时基本上相同形状地，但与在有效波形中振动的测量管10反相振动。换句话说，测量管10和反向振动器20然后按照振动的音叉尖方式运动。

按照本发明一优选的构成，励磁-或者还有有效波形频率f_exc在此方面这样调整，使它尽可能完全相等于特别是测量管10最低的自然固有频率。在使用由特种钢制成的，额定宽度29mm，壁厚约1.5mm，延伸长度约420mm，从入口端到出口端测量的弦长度305mm的测量管情况下，其最低谐振频率例如在密度为零时约490Hz。

对于流体在管道中流动，因此流量m不为零的情况来说，借助于以上述方式振动的测量管10在流经的流体中也感应到科式力。这种力再次对测量管10产生反作用，并基本上依据第二自然固有振动方式产生这样一种附加的可由传感器测定的测量管的变形。在此方面，这种所谓的，以相同频率与激励的有效波形叠加的科式波形的瞬时形成，特别是振幅方面也取决于瞬时流量m。作为第二固有振动方式，如在这种仪用互感器中通常的那样，例如可以是非对称绞扭波形的固有振动方式，也就是已经提及的那种方式，其中测量管10也环绕与纵轴线A₁垂直设置的设想的垂直轴线A₂旋转振动，该垂直轴线处于示出的仪用互感器的唯一对称平面内。

为产生测量管10的机械振动，仪用互感器还包括特别是电动的励磁装置40。该设置的作用是，将例如由上述科式-流量计安装在电子装置外壳200内未示出的控制-电子装置馈给的励磁电能E_exc，例如以可调电流和/或者可调电压，转换成例如以脉冲形或者谐波作用于测量管10的，并以上述方式使其偏移的励磁力F_exc。适用于调整励磁能E_exc的控制-控制-电子装置，例如在US-A 47 77 833，US-A 48 01 897，48 79 911或者US-A 50 09 109中有所介绍。

励磁力F_exc可以如这种仪用互感器中通常的那样双向或者单向构成，并以专业人员公知的方式，例如借助于电流-和/或者电压调节电路在其振幅方面和例如借助于相位-调节回路在其频率方面进行调整。作为励磁装置40例如可以使用普通的活动线圈装置，带有固定在反向振动器20上的圆柱形励磁线圈，工作时相应的励磁电流通过该线圈；还带有至少部分插入励磁线圈内的永久磁铁的衔铁，它从外面，特别是中间在测量管10上定位。此外，作为励磁装置40也可使用电磁铁。

为检测测量管10的振动，仪用互感器还包括传感器装置50。作为传感器装置50实际上可以使用这种仪用互感器常用的各种传感器装置，测定测量管10，特别是入口侧和出口侧的运动，并转换成相应的传感器信号。这样，传感器装置50例如以专业人员公知的方式，借助于设置在测量管10入口侧上的第一传感器和借助于设置在测量管10出口侧上的第二传感器构成。作为传感器，例如可以使用相对测量振动的电动速度传感器，或者也可使用电动行程传感器或者加速度传感器。此外，也可使用借助于电阻的或者压电的应变片测量的、或者光电的传感器装置检测测量管10的振动，取代电动的传感器装置。

如果需要，也可以专业人员公知的方式具有仪用互感器测量和/或者工作所必须的其他传感器，例如设置在反向振动器20和/或者互感器外壳100上的附加振动传感器，对此可参阅US-A 57 36 653，或者设置在测量管10，反向振动器20和/或者互感器外壳100上的温度传感器，对此参阅US-A 47 68 384或者WO-A 00/102816。

从上述说明不难看出，反向振动器20实际上作为励磁装置40和传感器装置50的支承系统使用。

但是，反向振动器20也还是用于总体上动态平衡用于完全事先确定的，例如在仪用互感器工作时最常预期的，或者特别是临界的流体密度值的仪用互感器，具体说是这样，使振动的测量管10中产生的，基本上与纵轴线和垂直轴线A₁，A₂垂直作用的横向力仅通过从反相振动器20方面产生的反向力就完全得到对消，对此亦参阅US-A55 49 009。测量管10中的这种横向力公知是在依据测量管第一固有振动方式对该管进行悬臂振动励磁时，由于测量管10中由此带来的质量加速度产生的，例如对上述特种钢管来说和振幅约0.03mm时处于45N范围内。

但是对于象例如依据US-A 55 49 009的仪用互感器对上述测量管10的横向力不进行对消也毫无问题的情况来说，悬挂在引入管件11和排出管件12上的，由测量管10，反向振动器20，需要时连同安装在上面的质量平衡体21以及励磁装置和传感器装置40，50构成的内装零件以及相应的在其上定位的耦合元件31，32侧面从分配的静止的安装位置偏移。按照这种方式，横向力经过引入管件和排出管件11，12至少部分地会对所连接的管道产生影响，因此同样使该管道振动。此外，这种横向力还会导致测量管10由于从振动技术角度看内装零件或者整个仪用互感器不均匀的悬挂，例如由于实际不可避免的加工公差而造成，会附加激励依据第二固有振动方式的悬臂振动，它然后在传感器上不能再与真正的科式波形相区别。

如已经多次提到的那样，测量管10可以仅借助于反向振动器20，但只是对唯一的流体密度值，顶多对非常窄的流体密度范围进行动态平衡。

对于特别是与测量管10相同造型的反向振动器20的质量小于引导流体的测量管10的质量的情况来说，振动的测量管10和反向振动器20可以环绕纵轴线A₁进行附加共同的摆动运动，如图1b所示，这种运动至少在流体静止时彼此基本同相并与反向振动器20的悬臂振动基本同相；对于引导流体的测量管10的质量小于反向振动器20的质量的情况来说，这种共同的或者也是全面的摆动运动与测量管10的悬臂振动同相构成。换句话说，受特别是取决于密度的，测量管10和反向振动器20之间的不平衡限制，整个内装零件在工作时可以环绕纵轴线A₁进行扭转振动，这种振动与测量管10的或者与反向振动器20的悬臂振动同相。

由于内装零件的这种扭转振动，两个实际上与内装零件刚性连接的耦合元件31，32也受到环绕纵轴线A₁的相应的扭转转动，即振动，具体说，无论与内装零件还是彼此之间均为同相。在同样的程度上，至少分段式强制使可振动定位在互感器外壳100上和测量管10上的引入管件和排出管件11，12发生基本上扭转的弹性变形。

在这种情况下令人惊异地表明，仅通过适当确定上述扭转振动器，即带有耦合元件31的引入管件11和带有耦合元件32的排出管件12，仪用互感器实际上不依赖于流体的密度ρ就可以得到动态平衡，并可明显降低对内部产生的横向力的灵敏度。

依据本发明，对此这里借助于至少耦合元件借助于至少耦合元件31调整的入口侧的环绕纵轴线A₁的惯性矩和引入管件11的扭转刚性这样相互确定，使入口侧内在的，也就是实际上只是要计算的，耦合元件31和引入管件11环绕纵轴线A₁的扭转固有波形具有与励磁频率f_exc基本相同的或者更小的固有频率f₁。此外，环绕纵轴线A₁的出口侧惯性矩，这里借助于至少耦合元件32，和排出管件12的扭转刚性这样相互确定，使耦合元件32和排出管件12环绕纵轴线A₁的出口侧内在的扭转固有波形具有与固有频率f₁基本相同的固有频率f₂。此外，在这里介绍的仪用互感器中，在耦合元件31的两个连接板之间分布的，实际上不振动的管段在为确定入口侧的扭转固有波形而计算惯性矩时应予以考虑；以相应的方式，在耦合元件32的两个连接板之间分布的管段在确定出口侧的扭转固有波形时应附加到耦合元件32的惯性矩上。

由于以所述方式确定有效波形和扭转固有波形，达到工作时与以励磁频率f_exc振动的测量管10相同频率摆动的内装零件，实际上完全与入口侧和出口侧的扭转固有波形对接。对于这种情况来说，两个以其各自的固有频率f₁及f₂并且与内装零件强制且同相振动的扭转振动器对其扭转振动没有或者只有很小的反作用力矩。因此，内装零件在工作时这样转动柔性支承，使之实际上可以视为从引入管件和排出管件11，12完全退耦。

由于内装零件尽管实际完全退耦但工作时仍环绕纵轴线A₁摆动而不是转动这一事实，所以也不会存在内装零件的总动量矩。但是，由此对总动量矩，特别是在测量管10和反向振动器20中质量分布类似的情况下，几乎直接依赖的侧面总冲和因此由其导出的，可以由内装零件向外传递的侧面横向力同样为零。换句话说，在依据本发明的仪用互感器中，取决于密度的不平衡几乎仅造成内装零件扭转振动的瞬时振幅的变化，但内装零件从分配给它的安装位置中没有或者只有微乎其微的侧面移动。

对带有上述特种钢测量管的仪用互感器的研究表明，尽管励磁频率f_exc的变化超过这种仪用互感器通常大约100Hz的振幅，这相当于处于0到2000kg·m^-3之间的流体密度范围内，作用于内装零件的最大横向力Q^*，按照耦合元件31，32内由测量管10和反向振动器20的彼此反相运动引起的最大夹紧力为标准，明显低于5％，也就是可以保持在约2N，对此亦参见图2和3。

对于上述这种情况来说，例如在引入管件11的长度L₁₁约为170mm的情况下，那个入口侧调节的惯性矩必须约为1.5·10^-3kg·m²，以便将相关的扭转固有波形按上述方式调整到励磁频率f_exc，对此参见图2。在具体的仪用互感器上为按有效波形最佳确定入口侧和出口侧的扭转固有波形然后所要调整的参数，也就是相应的质量分布，惯性矩，扭转刚性和从中导出的测量管10和反向振动器20，引入管件和排出管件11，12以及两个耦合元件31，32的几何尺寸等等，例如可以专业人员和本身公知的方式，在与相应的校验测量结合下，借助于有限元计算或者其他的计算机辅助模拟计算确定。

为了尽可能准确确定入口侧的扭转固有波形，特别是在仪用互感器预先规定安装长度的情况下，按照本发明一优选的构成，在引入管件11上，特别是在耦合元件31的附近，至少刚性定位第一旋转质量平衡体33，并以相应的方式，为确定出口侧的扭转固有波形，在排出管件12上，特别是在耦合元件32的附近，至少刚性定位附加的第二旋转质量平衡体34。特别是彼此相同造型的旋转质量平衡体33，34优选为圆片状结构，无论是同心，如图1a及1b所示，也就是利用各自的质量重心处于纵轴线A₁上，还是偏心，均可以安装在引入管件和排出管件11，12上。对于所示的仪用互感器来说，例如可以非常简单的方式，几乎仅分别借助于作为旋转质量平衡体33及34使用的直径约100mm，厚度约15mm的特种钢圆环片，就可实现1.5·10^-3kg·m²的上述惯性矩。

此外表明，为确保避免入口侧和出口侧扭转振动器彼此反相的扭转振动，两个耦合元件31，32或者两个旋转质量平衡体33，34附加扭转刚性连接成一个内部支承框是具有优点的。此外确定，励磁频率f_exc最好调整到互感器外壳100最低固有频率的最高85％，该外壳按上述意义实际起到外部支承框的作用。

按照本发明的另一优选构成，仪用互感器还包括入口侧的第一扭转消除器60以及与其基本上相同造型的出口侧的第二扭转消除器70。扭转消除器60的作用特别是抑制由摆动的内装零件引起的，经过引入管件11的扭转力矩传递到所连接的管道上和/或者在入口端上定位的互感器外壳100上。

为此，扭转消除器60在引入管件11的入口端上或者至少在入口端的附近，例如直接在互感器外壳100上与引入管件11定位；以与此类似的方式，同样为避免扭转力矩传递到所连接的管道上和/或者互感器外壳100上，在排出管件12的出口端上安装第二扭转消除器。

如图4所示，扭转消除器60包括一优选管状的并与引入管件11基本上同轴设置的扭簧61，它可以扭转振动，也就是与引入管件11相对，至少分段式可转动地定位在入口端上。此外，扭转消除器60包括远离引入管件11入口端安装在扭簧上的，优选圆片状的旋转质量体62。扭簧61和旋转质量体62这样相互确定，使扭转消除器60在工作时通过转动的引入管件11和/或者通过同样轻微变形的互感器外壳100激发环绕纵轴线A₁的扭转振动，与由耦合元件31和引入管件11组成的上述入口侧的扭转振动器进行外相的，特别是反相的振动。为支持扭转消除器60的激发，扭簧61可以具有优点的方式，例如一直延长到需要时存在的旋转质量平衡体33或者一直延长到耦合元件31，并在两个之一上定位。它的作用还在于抑制扭转消除器60可能出现的侧面的弯曲振动。

依据本发明的仪用互感器由于即使在流经的流体密度ρ波动情况下仍然可以达到良好的动态平衡，所以特别适合于在科式-流量计，在科式-流量-/密度计或者科式-流量-/密度-/粘度计中使用。

Claims

1.用于管道内流动流体的振动式仪用互感器，该仪用互感器包括：

-弯曲的、在工作时振动的测量管(10)，用于引导流体，该测量管(10)通过通入入口侧的引入管件(11)和通过通入出口侧的排出管件(12)与管道连通，

-与测量管(10)在工作时反相振动的反向振动器(20)，它与测量管(10)

--在入口侧借助于第一耦合元件(31)和

--在出口侧借助于第二耦合元件(32)机械连接，

-励磁装置(40)，用于在励磁频率f_exc下使测量管(10)和反向振动器(20)振动，

-传感器装置(50)，用于测定测量管(10)的入口侧和出口侧的振动，

-其中，由至少测量管(10)，反向振动器(20)，励磁装置(40)和传感器装置(50)构成的内装零件，环绕仪用互感器与引入管件和排出管件(11，12)基本上同中心的设想的纵轴线(A₁)摆动，

--第一和第二耦合元件(31，32)环绕纵轴线(A₁)转动，以及

--至少分段式强制引入管件和排出管件(11，12)发生基本上扭转的弹性变形，以及

-其中，为使内装零件尽可能转动柔性的摆动，

--至少第一耦合元件(31)，它是根据引入管件(11)的扭转刚性来确定的，和

--至少第二耦合元件(32)，它是根据排出管件(12)的扭转刚性来确定的，它们这样确定尺寸，使

---第一耦合元件(31)和引入管件(11)的入口侧内在的扭转固有波形具有与励磁频率f_exc大致相同的固有频率f₁和

---第二耦合元件(32)和排出管件(12)的出口侧内在的扭转固有波形具有与固有频率f₁基本上相同的固有频率f₂。

2.按权利要求1所述的仪用互感器，其中，入口侧内在的扭转固有波形的固有频率f₁小于励磁频率f_exc。

3.按权利要求1所述的仪用互感器，其中，反向振动器(20)与测量管(10)基本上平行分布。

4.按权利要求1所述的仪用互感器，其中，反向振动器(20)具有与测量管(10)至少类似的质量分布。

5.按权利要求1所述的仪用互感器，其中，反向振动器(20)为管状。

6.按权利要求5所述的仪用互感器，其中，反向振动器(20)基本上与测量管(10)同轴分布。

7.按权利要求5所述的仪用互感器，其中，反向振动器(20)与测量管(10)基本上造型相同。

8.按权利要求4-7之一所述的仪用互感器，其中，为调整反向振动器(20)的质量分布，在该反向振动器上安装质量平衡体(21)。

9.按权利要求1-7之一所述的仪用互感器，其中，反向振动器(20)重于测量管(10)。

10.按权利要求1-7之一所述的仪用互感器，其中，为确定入口侧的扭转固有波形，在引入管件(11)上刚性定位第一旋转质量平衡体(33)，为确定出口侧的扭转固有波形，在排出管件(12)上刚性定位第二旋转质量平衡体(34)。

11.按权利要求1-7之一所述的仪用互感器，其中，仪用互感器包括与引入管件(11)基本上同轴的第一扭转消除器(60)和与排出管件(12)基本上同轴的第二扭转消除器(70)。

12.按权利要求1-7之一所述的仪用互感器，其中，仪用互感器包括在引入管件(11)上和排出管件(12)上定位的互感器外壳(100)，它具有高出励磁频率f_exc至少20％的最低固有频率。

13.按权利要求2所述的仪用互感器，其中，反向振动器(20)与测量管(10)基本上平行分布。

14.按权利要求2所述的仪用互感器，其中，反向振动器(20)具有与测量管(10)至少类似的质量分布。

15.按权利要求2所述的仪用互感器，其中，反向振动器(20)为管状。

16.按权利要求14所述的仪用互感器，其中，反向振动器(20)基本上与测量管(10)同轴分布。

17.按权利要求14所述的仪用互感器，其中，反向振动器(20)与测量管(10)基本上造型相同。

18.按权利要求2所述的仪用互感器，其中，为调整反向振动器(20)的质量分布，在该反向振动器上安装质量平衡体(21)。

19.按权利要求2所述的仪用互感器，其中，反向振动器(20)重于测量管(10)。

20.按权利要求2所述的仪用互感器，其中，为确定入口侧的扭转固有波形，在引入管件(11)上刚性定位第一旋转质量平衡体(33)，为确定出口侧的扭转固有波形，在排出管件(12)上刚性定位第二旋转质量平衡体(34)。

21.按权利要求2所述的仪用互感器，其中，仪用互感器包括与引入管件(11)基本上同轴的第一扭转消除器(60)和与排出管件(12)基本上同轴的第二扭转消除器(70)。

22.按权利要求2所述的仪用互感器，其中，仪用互感器包括在引入管件(11)上和排出管件(12)上定位的互感器外壳(100)，它具有高出励磁频率f_exc至少20％的最低固有频率。

23.按权利要求3所述的仪用互感器，其中，反向振动器(20)具有与测量管(10)至少类似的质量分布。

24.按权利要求3所述的仪用互感器，其中，反向振动器(20)为管状。

25.按权利要求23所述的仪用互感器，其中，反向振动器(20)基本上与测量管(10)同轴分布。

26.按权利要求23所述的仪用互感器，其中，反向振动器(20)与测量管(10)基本上造型相同。

27.按权利要求3所述的仪用互感器，其中，为调整反向振动器(20)的质量分布，在该反向振动器上安装质量平衡体(21)。

28.按权利要求27所述的仪用互感器，其中，反向振动器(20)重于测量管(10)。

29.按权利要求3所述的仪用互感器，其中，为确定入口侧的扭转固有波形，在引入管件(11)上刚性定位第一旋转质量平衡体(33)，为确定出口侧的扭转固有波形，在排出管件(12)上刚性定位第二旋转质量平衡体(34)。

30.按权利要求3所述的仪用互感器，其中，仪用互感器包括与引入管件(11)基本上同轴的第一扭转消除器(60)和与排出管件(12)基本上同轴的第二扭转消除器(70)。

31.按权利要求3所述的仪用互感器，其中，仪用互感器包括在引入管件(11)上和排出管件(12)上定位的互感器外壳(100)，它具有高出励磁频率f_exc至少20％的最低固有频率。

32.带有按权利要求1-31之一所述的仪用互感器的科式-流量计。