[发明专利]用于传感器的传感器组件、传感器和由此形成的测量系统

说明书

一种传感器组件(11)包括：碗形，即，至少部分地凹形的膜(111)，具有弯曲的表面(111+)和相反放置的表面(111#)；以及从膜的表面(111+)延伸的传感器叶片(112)。膜(11)被形成为使得表面(111+)的邻接传感器叶片的至少一个区域为凸形。一种传感器，该传感器由这种传感器组件和与之耦合的换能器元件(12)形成并且用来生成表示传感器叶片的随时间变化的运动和/或膜的随时间变化的变形的传感器信号；或者一种测量系统，由传感器和与之连接的测量电子设备形成，能被用来记录流动流体，诸如400℃热蒸汽中的压力波动，以便测量流体的流参数。

技术领域

本发明涉及具有膜和从膜的表面延伸的传感器叶片的传感器组件。此外，本发明涉及由多个这种传感器组件形成的传感器，或者由此形成的测量系统，或者其用于记录流动流体中的压力波动的用途。

背景技术

通常在用于测量在管道中流动，尤其是快速流动的流体的流速和/或高雷诺数(Re)的热气体和/或流体流量，或对应于各个流速(u)的体积或质量流率的过程测量和自动化技术中使用的是形成为涡流测量装置的测量系统。这种测量系统的示例能从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，或在名称“PROWIRL D 200”、“PROWIRL F 200”、“PROWIRL O 200”、“PROWIRL R 200”等(http://www.de.endress.com/#products/prowirl)下，由申请人出售。

这些测量系统具有伸入各个管道，例如以供热网或涡轮电路的部件的形式的管道的内腔中，或伸入在管道过程中安装的测量管的内腔中，因此流体逆其流动的钝体，该钝体在钝体的下游直接流动的流体流量的体积部内，生成布置以形成所谓的卡门(Kármán)涡街的涡流。在这些情况下，众所周知，取决于流速，从钝体，按脱落率(1/f_Vtx)生成涡流。此外，测量系统具有集成到钝体中，或与钝体连接或位于钝体的下游，即在卡门涡街的区域中，并且伸入该流体中，因此伸入管道或测量管的内腔中的传感器，该传感器用来记录在流动流体中形成的卡门涡街的压力波动并且将其转换成表示压力波动的传感器信号，即，传递对应于管制在流体内并且经受的压力的信号，例如电或光信号作为周期性波动，或者传递具有对应于涡流的脱落率的信号频率(～f_Vtx)的信号。

传感器包括传感器组件，其由薄，尤其是平的膜和从膜的基本上平面表面延伸的传感器叶片，最常见的是杆形、板形或楔形传感器叶片形成，并且适合于记录卡门涡街中的压力波动，即，将其转换成对应于压力波动的膜运动。膜包括外边缘分段，最常见的是环形的外边缘分段，其适合于例如通过材料粘结，气密地密封地连接到用于将膜安装到管壁的底座，以膜覆盖或者气密地密封在管壁中提供的开口以及承载传感器叶片的膜的表面面对引导流体的测量管或管道的内腔的形式，因此传感器叶片向内伸入内腔中。形成膜以使得测量为由外边缘分段包围的内部膜分段的最小厚度的膜厚度远小于测量为由外边缘包围的分段区域的最大直径的膜直径。为了实现尽可能高的测量灵敏度，即，传感器对要记录的压力波动的尽可能高的灵敏度，同时，尽可能高的用于由压力波动强制的传感器组件的弯曲振荡模式的机械本征频率，即高于要测量的最高脱落率的本征频率，建立的测量系统的膜具有例如大约数量级20:1的直径厚度比。其中，如上述US-B 6,352,000等中所示，上述类型的传感器组件有时能够另外地具有从与承载传感器叶片的表面相对的膜的表面延伸的补偿体，通常是杆、板或壳状的补偿体，尤其用来补偿由传感器组件的运动产生的，例如由管道的震动产生的力，或者力矩，或防止由此产生的传感器叶片的不期望运动。

为了生成传感器信号，传感器进一步包括对应换能器元件，例如通过与传感器组件机械耦合，或集成在其中的电容器，或通过用作压电换能器的压电堆形成，通常适合于记录膜的，或者在指定情况下当前补偿体的运动并且将其调制成电或光载波信号。