WO2023165901A1 - SENSOR SOWIE DAMIT GEBILDETES MEßSYSTEM - Google Patents

SENSOR SOWIE DAMIT GEBILDETES MEßSYSTEM Download PDF

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WO2023165901A1
WO2023165901A1 PCT/EP2023/054641 EP2023054641W WO2023165901A1 WO 2023165901 A1 WO2023165901 A1 WO 2023165901A1 EP 2023054641 W EP2023054641 W EP 2023054641W WO 2023165901 A1 WO2023165901 A1 WO 2023165901A1
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WO
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sensor
deformation body
less
thermal expansion
linear
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Application number
PCT/EP2023/054641
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English (en)
French (fr)
Inventor
Anton RIEGER
Original Assignee
Endress+Hauser Flowtec Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress+Hauser Flowtec Ag filed Critical Endress+Hauser Flowtec Ag
Publication of WO2023165901A1 publication Critical patent/WO2023165901A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G01F1/32—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
    • G01F1/3209—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters using Karman vortices

Definitions

  • the invention relates to a sensor formed, in particular a sensor for detecting pressure fluctuations in a flowing fluid, or a measuring system formed therewith.
  • Examples of such measuring systems are, inter alia, from US-A 2006/0230841, US-A 2008/0072686, US-A 2011/0154913, US-A 2011/0247430, US-A 2016/0123783, the US-A 2017/0284841, US-A 2019/0094054, US-A 60 03 384, US-A 61 01 885, US-B 63 52 000, US-B 69 10 387 or US B 69 38 496 and are also offered by the applicant itself, for example under the product name "PROWIRL D 200", “PROWIRL F 200", “PROWIRL O 200", “PROWIRL R 200" (http://www.de .endress.eom/#products/prowirl).
  • the measuring systems shown each have a bluff body protruding into the lumen of the respective pipeline, for example designed as a system component of a heat supply network or a turbine circuit, or into a lumen of a measuring tube inserted in the course of that pipeline, and thus against which the fluid flows, for generating a so-called Kärmänschen vortex street lined up vortices within the partial volume of the fluid stream flowing immediately downstream of the bluff body.
  • the vortices are generated at the bluff body with a shedding rate (1/fvtx) that is dependent on the flow velocity.
  • the measuring systems have a sensor integrated in the bluff body or connected to it or downstream of the same, namely in the area of the Karman vortex street in the flow, thus in the lumen of the protruding sensor, which serves to detect pressure fluctuations in the Karman vortex street formed in the flowing fluid and to convert it into a sensor signal representing the pressure fluctuations, namely to supply a - for example electrical or optical - signal which corresponds to a pressure prevailing within the fluid and which is subject to periodic fluctuations as a result of vortices running in opposite directions downstream of the bluff body, or which corresponds to the shedding rate of the vortices corresponding signal frequency ( ⁇ fvtx).
  • a sensor integrated in the bluff body or connected to it or downstream of the same namely in the area of the Karman vortex street in the flow, thus in the lumen of the protruding sensor, which serves to detect pressure fluctuations in the Karman vortex street formed in the flowing fluid and to convert it into a sensor signal representing the pressure fluctuations,
  • the senor has a deformation body and a sensor vane (usually rod-shaped, plate-shaped or wedge-shaped) extending from an essentially planar surface of the deformation body, and is set up to detect pressure fluctuations in the Karman vortex street, namely in with the pressure fluctuations to convert corresponding movements of the deformation body.
  • a sensor vane usually rod-shaped, plate-shaped or wedge-shaped
  • the deformable body has an outer edge segment - usually in the shape of a circular ring - which is set up to be connected to a socket serving to hold the deformable body on a wall of a pipe in a hermetically sealed manner, for example materially, such that the deformable body has a the opening provided in the tube is covered or hermetically sealed and that the surface of the deformation body carrying the sensor vane faces the fluid-carrying lumen of the measuring tube or pipeline, and the sensor vane therefore protrudes into the same lumen.
  • the deformation body is typically designed as a thin membrane and is shaped in such a way that at least one membrane thickness, measured as a minimum thickness of an inner membrane segment delimited by the aforementioned outer edge segment, is very much smaller than a membrane diameter, measured as a largest diameter is an area bounded by the outer edge segment.
  • a membrane thickness measured as a minimum thickness of an inner membrane segment delimited by the aforementioned outer edge segment
  • a membrane diameter measured as a largest diameter is an area bounded by the outer edge segment.
  • sensors of the type in question can occasionally combine with one another starting from a surface of the deformation body facing away from the surface of the deformation body that is mostly rod-, plate- or sleeve-shaped, which is used in particular to compensate forces or moments resulting from movements of the sensor assembly, for example as a result of vibrations in the pipeline to compensate or to avoid the resulting undesired movements of the sensor vane.
  • each of the sensors also includes a (mechanical-to-electrical) converter element, which is typically set up to detect movements of the deformation body and to convert them into an electrical sensor signal.
  • a (mechanical-to-electrical) converter element typically set up to detect movements of the deformation body and to convert them into an electrical sensor signal.
  • the same transducer element is formed by means of a piezoceramic, for example in the form of a piezo disc.
  • the sensor is also connected to converter electronics—typically encapsulated in a pressure and impact-resistant manner and possibly also hermetically sealed to the outside.
  • Converter electronics of industrial measuring systems usually have a corresponding digital measuring circuit, electrically connected to the converter element via connection lines, possibly with the interposition of electrical barriers and/or galvanic isolation points, for processing the at least one sensor signal generated by the converter element and for generating digital measured values for the each measured variable to be detected, namely the flow rate, the volume flow and/or the mass flow.
  • the converter electronics usually housed in a protective housing made of metal and/or impact-resistant plastic, of measurement systems suitable for industry or established in industrial measurement technology also usually provide external interfaces for communication with higher-level systems that conform to an industry standard, for example DIN IEC 60381-1 , Measuring and/or control systems formed, for example, by means of programmable logic controllers (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • US-A 2016/0123783 shows, for example, a support device for the deformation body which is arranged on the transducer element side and is therefore not in contact with the fluid to be measured during operation, against which the deformation body presses at a static pressure above a predetermined limit value of, for example more than 40 bar is partially applied, such that mechanical stresses established therein can be kept below a specified maximum allowable stress even at higher pressures of up to 250 bar.
  • a disadvantage of this solution can be seen in the fact that the sensitivity of the sensor exceeds the above Limit is first abruptly reduced, so that the sensor has a pressure-dependent and also non-linear sensitivity to the flow rate or the volume flow.
  • one object of the invention is to improve sensors with a transducer element positioned on the deformation body in such a way that, even with a comparatively simple mechanical structure, they have a high compressive strength or can also be used in superheated steam applications with steam temperatures of over 200 °C and pressure peaks of over 100 bar enable the pressure resistance to be dependent on the operating temperature.
  • the sensor should be able to be assembled from individual components in a simple manner, for example also in order to be able to easily replace a defective converter element with a new, intact converter element.
  • the invention consists in a sensor, in particular a sensor for detecting pressure fluctuations in a Karman vortex street formed in a flowing fluid, which sensor comprises:
  • an at least partially flat, for example membrane-like or disc-shaped, deformation body for example made of a metal, with a flat first surface and an opposite flat second surface;
  • a sensor flag for example rod-shaped or plate-shaped or wedge-shaped, extending starting from the first surface of the deformation body
  • a connecting sleeve extending from the deformation body, for example electrically conductively connected thereto, for example made of a metal and/or of a temperature range at least within a range of between -10°C and 250°C of not less than 16 - 10 ® K 1 and /or material having a (linear) coefficient of thermal expansion of no more than 17 - 10 ® K 1 ;
  • a transducer element for example disk-shaped and/or piezoceramic, which is arranged inside the connecting sleeve and contacts the second surface of the deformation body with a first contact surface, for example electrically conductive, for example from a temperature range at least within a range of -10°C and 250°C material having a (linear) coefficient of thermal expansion of not less than ⁇ 6 ⁇ 10 ® K 1 and/or not more than 6 ⁇ 10 ®K′ 1 , for generating a time-varying, for example at least temporarily electrical sensor signal representing periodic movements of the sensor vane and/or time-varying, for example at least temporarily periodic, deformations of the deformation body and/or for generating a force causing deformations of the deformation body (inverse piezo effect);
  • the connecting sleeve has an internal thread in a distal end remote from the deformation body and the fastening means also include an (internal) screw sleeve having an external thread and a cylindrical, for example monolithic and/or disc-shaped and/or metallic, washer element, for example made of a Metal and/or made of a material having a (linear) coefficient of thermal expansion at least within a temperature range between -10°C and 250°C of not less than 20 • 10 ® K 1 and/or not more than 30 • 10 ® K 1 .
  • an (internal) screw sleeve having an external thread and a cylindrical, for example monolithic and/or disc-shaped and/or metallic, washer element, for example made of a Metal and/or made of a material having a (linear) coefficient of thermal expansion at least within a temperature range between -10°C and 250°C of not less than 20 • 10 ® K 1 and/or not more than 30 • 10 ® K 1 .
  • the (inner) screw sleeve is screwed into the inner thread and the shim element is positioned between the (inner) screw sleeve in such a way that the (inner) screw sleeve forms an abutment for the shim element and at least the shim element exerts a force against the transducer element is elastically deformed with the contact pressure that keeps the deformation body pressed or with the formation of at least one frictional connection connecting the converter element and the deformation body, for example in such a way that a minimum surface pressure acting between the shim element and the converter element or between the converter element and the deformation body is more than 1 MPa and/or between the shim element and The maximum surface pressure acting between the converter element and the deformation body is less than 20 MPa and/or such that a non-positive connection is formed between the converter element and the deformation body.
  • the invention also consists in a measuring system for measuring at least one flow parameter, for example a flow parameter that changes over time, for example a Flow velocity and/or a volumetric flow rate, of a fluid flowing in a pipeline, which measuring system also has measuring electronics which are electrically connected to the converter element of the sensor and are set up to receive and process the sensor signal from the sensor, for example namely the at least one flow parameter to generate representative measured values and/or to feed an electrical driver signal, for example the generation of a force causing deformations of the deformation body, into the transducer element.
  • a measuring system for measuring at least one flow parameter that changes over time, for example a Flow velocity and/or a volumetric flow rate, of a fluid flowing in a pipeline
  • measuring system also has measuring electronics which are electrically connected to the converter element of the sensor and are set up to receive and process the sensor signal from the sensor, for example namely the at least one flow parameter to generate representative measured values and/or to feed an electrical driver signal, for example the generation of a force
  • the measuring system according to the invention can in particular also be used to measure a flow parameter - for example a flow velocity and/or a volume flow rate and/or a mass flow rate - of a temperature flowing in a pipeline, for example at least at times a temperature of more than 200° C. and/or at least at times with a Pressure of more than 100 bar acting on the deformation body and / or the sensor vane of the sensor, fluid, such as a vapor, can be used.
  • a flow parameter - for example a flow velocity and/or a volume flow rate and/or a mass flow rate - of a temperature flowing in a pipeline, for example at least at times a temperature of more than 200° C. and/or at least at times with a Pressure of more than 100 bar acting on the deformation body and / or the sensor vane of the sensor, fluid, such as a vapor, can be used.
  • the transducer element has a (first) thickness d12, for example not less than 0.5 mm and/or not more than 2 mm, measured at a temperature of 20° C. as the maximum Expansion in the direction of a normal of its first contact surface
  • the shim element has a (second) thickness d133, for example not less than 1 mm and/or not more than 10 mm, measured at a temperature of 20°C as maximum expansion in direction the normal of the first contact surface of the transducer element
  • the transducer element and the shim element are formed such that an expansion difference ratio Aoc21/Aoc31 (of the sensor), measured as a ratio of a difference between a (linear) thermal expansion coefficient oc2 (of the material) of the transducer element and a (linear) coefficient of thermal expansion a1 (of the material) of the ferrule to a difference between a (linear) coefficient of thermal
  • a (thickness) ratio d 3 /di2 of the (first) thickness ds of the shim element to the (second) thickness di2 of the transducer element is more than 0.5 and less than 7, for example no less than 2 and/or not more than 4.
  • the fastening means comprise a spherical disc, for example an annular one, for example made of a metal and/or of a temperature range at least within a range of between -10°C and 250°C not less than 16 • 10 ® K 1 and/or no more than 17 • 10 ® K 1 amounting material comprising (linear) thermal expansion coefficients a4, and that the spherical washer is positioned between the screw sleeve and the shim element.
  • a spherical disc for example an annular one, for example made of a metal and/or of a temperature range at least within a range of between -10°C and 250°C not less than 16 • 10 ® K 1 and/or no more than 17 • 10 ® K 1 amounting material comprising (linear) thermal expansion coefficients a4, and that the spherical washer is positioned between the screw sleeve and the shim element.
  • the spherical disc consists at least partially, for example also predominantly or completely, of a metal, for example stainless steel or a nickel-based alloy, and/or that a (linear) thermal expansion coefficient a4 (of the material) of the spherical disc of a (linear) coefficient of thermal expansion a1 (of the material) of the connecting sleeve at least within a temperature range between -10°C and 250°C by less than 2 - 10 ® K 1 and/or by less than 10% of the coefficient of thermal expansion a1 (of the material ) of the connecting sleeve differs.
  • a metal for example stainless steel or a nickel-based alloy
  • the fastening means is an insulating disk (135), especially an annular one, especially made of a ceramic and/or a plastic and/or of a at least within a temperature range of -10°C and 250°C temperature range not less than 30 • 10 ® K 1 and/or not more than 50 • 10 ® K 1 (linear) coefficients of thermal expansion a5, and that the insulating disk is positioned between the converter element and the washer element.
  • the insulating pane is at least partially, for example also predominantly or completely, made of a particularly high-temperature-resistant and/or of a temperature range at least within a range of between -10°C and 250°C of not less than 20 • 10 ® K 1 and/or no more than 40 • 10 ® K 1 (linear) coefficients of thermal expansion a5, plastic, for example a polyimide (Kapton), and/or that a (linear) coefficient of thermal expansion a5 (of the material) of the insulating pane by a (linear) thermal expansion coefficient a2 (of the material) of the shim element at least within a temperature range between -10°C and 250°C by less than 20 • 10 ® K 1 and/or by less than 50% of the (linear) Thermal expansion coefficient a2 (of the material) of the shim element differs.
  • the insulating pane can also have a (third) Thickness, measured at a temperature of 20 ° C as maximum extension in the direction normal to the first contact surface of the transducer element, which is not less than 0.05 mm and / or not more than 0.5 mm.
  • the deformation body and the sensor flag are connected to one another in a materially joined manner, for example by being welded or soldered to one another.
  • the transducer element and the deformation body are not connected to one another in a materially bonded manner.
  • the transducer element and the shim element are not connected to one another in a materially bonded manner.
  • the shim element and the deformation body consist of different materials.
  • the shim element is made of an aluminum alloy, for example an aluminium-magnesium-silicon alloy (AIMgSi) or an aluminum wrought alloy of the (standardized) type EN AW-6061 (AIMglSiCu). , EN AW-6082, EN AW-7075 or EN AW-5052.
  • AlMgSi aluminium-magnesium-silicon alloy
  • AIMglSiCu aluminum wrought alloy of the (standardized) type EN AW-6061
  • EN AW-6082, EN AW-7075 or EN AW-5052 EN AW-5052.
  • the shim element consists of a metal, for example aluminum or an aluminum alloy.
  • the deformation body consists at least partially, for example predominantly or completely, of a metal, for example a high-grade steel or a nickel-based alloy.
  • the sensor vane consists at least partially, for example predominantly or completely, of a metal, for example a high-grade steel or a nickel-based alloy.
  • the connecting sleeve consists at least partially, for example predominantly or completely, of a metal, for example stainless steel or a nickel-based alloy.
  • the deformation body and the sensor flag for example the connecting sleeve, deformation body and sensor flag, consist of the same material.
  • the deformation body and the sensor flag are components of one and the same monolithic molded part.
  • a minimum surface pressure acting between the shim element and the transducer element or between the transducer element and the deformation body, especially at a temperature above -50°C and below 250°C, is more than 1 MPa, for example also more than 3 MPa.
  • between the shim element and the transducer element or maximum surface pressure acting between the transducer element and the deformation body, especially at a temperature above -50°C and below 250°C, is less than 20 MPa, for example also less than 15 MPa.
  • the transducer element makes electrically conductive contact with the deformation body and/or the connecting sleeve.
  • the senor further comprises a metal foil, for example a silver foil.
  • the senor also includes a rod-shaped, plate-shaped or sleeve-shaped compensating body extending from the second surface of the deformation body to compensate for forces and/or moments resulting from joint movements of the deformation body and sensor vane.
  • the compensating body extends through the shim element, for example in such a way that a main axis of inertia (for example a longitudinal axis) of the compensating body and a main axis of inertia (for example a longitudinal axis) of the shim element are parallel to one another run, for example namely are coincident, and / or such that the shim element and compensating body do not contact each other.
  • the deformation body and the compensating body are connected to one another in a cohesive manner, for example by being welded or soldered to one another.
  • the sensor vane and compensating body are arranged in alignment with one another.
  • the compensating body and the deformation body are positioned and aligned with one another such that a main axis of inertia of the deformation body extends parallel to a main axis of inertia of the compensating body, for example coincident with it.
  • the deformation body and compensation body are components of one and the same monolithic molded part, for example in such a way that the sensor flag, deformation body and compensation body and/or that the connecting sleeve, deformation body and compensation body are components of the same molded part.
  • the compensating body consists at least partially, for example predominantly or completely, of a metal, for example stainless steel or a nickel-based alloy.
  • the deformation body and compensating body are made of the same material, for example in such a way that the sensor flag, deformation body and compensating body and/or that the connecting sleeve, deformation body and compensating body are made of the same material.
  • the measuring system further comprises a tube which can be inserted into the course of said pipeline and has a lumen which is set up to guide the fluid flowing in the pipeline.
  • the senor is inserted in the same tube in such a way that the first surface of the deformation body faces the lumen of the tube and that the sensor flag protrudes into the same lumen.
  • an opening is formed, in particular a socket serving to hold the deformation body on the wall, and that the sensor is inserted in the same opening.
  • the deformation body covers the opening, in particular hermetically seals it, and that the first surface of the deformation body faces the lumen of the tube, and the sensor flag therefore projects into the same lumen.
  • the sensor flag has a length, measured as the minimum distance between a proximal end of the sensor flag, namely the one adjacent to the deformation body, and a distal end, namely the end remote from the deformation body or its surface the sensor flag which length corresponds to less than 95% of a caliber of the tube and/or more than half of the same caliber.
  • the measuring system also has a bluff body arranged in the lumen of the pipe, for example upstream, namely in the (main) flow direction in front of the sensor, which is set up for this purpose in the flowing fluid to bring about a Karman vortex street, the sensor being set up to detect periodic pressure fluctuations in the Karman vortex street and to convert them into a sensor signal, for example in such a way that the sensor signal has a signal frequency that corresponds to a shedding rate of vortices forming the Karman vortex street on the bluff body.
  • a basic idea of the invention is the desired high nominal compressive strength for sensors, not least also at high operating temperatures of over 200° C., or the desired improvement in the dependence of the compressive strength of the sensor assembly on the operating temperature (pressure-temperature curve of the sensor assembly) brought about by the transducer element arranged on the deformation body being pressed against the deformation body over a comparatively wide temperature range, for example from -10 C to 250°C, is kept pressed continuously with a surface pressure that is suitable for the measuring principle, namely both sufficient and tolerable.
  • One advantage of the invention is that not only can a significant improvement in the nominal pressure resistance or the pressure-temperature curve of sensors of the type in question be achieved in a very simple manner, but that this can be achieved without Sensitivity, namely to significantly reduce the sensitivity of the sensor to the actual pressure fluctuations to be detected.
  • a further advantage of the invention can also be seen in the fact that defective components in the sensor according to the invention, for example the converter element or the fastening means, can be replaced very easily, for example also on site.
  • FIG. 3 is a schematic, sectional side view of an exemplary embodiment of a sensor that is particularly suitable for use in a measuring system according to FIGS. 1 and 2;
  • FIG. 1 and 2 show an exemplary embodiment of a measuring system for measuring at least one flow parameter, possibly also a flow parameter that changes over time, such as a flow velocity v and/or a volume flow V', of a fluid flowing in a pipeline, for example a hot, esp. gas which is at least temporarily at a temperature of more than 200°C and/or at least temporarily under a high pressure, in particular of more than 100 bar.
  • the pipeline can be designed, for example, as a system component of a heat supply network or a turbine circuit, so the fluid can be steam, especially saturated steam or superheated steam, or a condensate removed from a steam line.
  • fluid can also be (compressed) natural gas or biogas, for example, so the pipeline can also be a component of a natural gas or biogas plant or a gas supply network, for example.
  • the measuring system has a sensor 1--shown again enlarged in FIG to convert electrical or optical sensor signal s1.
  • the measuring system also includes measuring electronics 2, housed for example in a pressure- and/or impact-resistant protective housing 20, which is connected to sensor 1 or during operation of the measuring system communicates with sensor 1.
  • the electronic measuring system 2 is set up to receive and process the sensor signal s1, for example to generate measured values XMZU representing the at least one flow parameter, for example the flow velocity v or the volume flow rate V′.
  • the measured values XM can, for example, be visualized on site and/or transmitted--wired via the connected field bus and/or wirelessly by radio--to an electronic data processing system, such as a programmable logic controller (PLC) and/or a process control station.
  • PLC programmable logic controller
  • the electronic measuring system 2 can also serve or be set up to feed an electrical driver signal, for example the generation of a force that causes deformations of the deformation body, into the transducer element.
  • the protective housing 20 for the measuring electronics 2 can in turn be made, for example, from a metal, such as stainless steel or aluminum, and/or by means of a casting process, such as a precision casting or a die casting process (HPDC); however, it can also be formed, for example, by means of a plastic molded part produced in an injection molding process.
  • a metal such as stainless steel or aluminum
  • HPDC precision casting or a die casting process
  • the sensor 1 comprises a deformation body 111, especially a membrane-like or disc-shaped one opposite, for example to the first surface 111 + at least partially parallel, second surface 111#.
  • the sensor can also comprise a sensor flag 112 having a first side surface on the left and a second side surface on the right, which extend from a first surface 111+ of the deformation body 111 to a distal one, namely from the deformation body 111 or its surface 111+ (free ) end extends.
  • the deformation body 111 and the aforementioned sensor flag 112 can, for example, be components of one and the same monolithic molded part, which is, for example, cast or produced by a generative process, such as 3D laser melting;
  • the deformation body and the sensor flag can also be designed as individual parts that are initially separate from one another or only subsequently connected to one another in a material-to-material manner, for example welded or soldered to one another, and consequently can be made from materials that can be connected to one another in a material-to-material manner.
  • the deformation body 111 can at least partially, for example predominantly or completely, consist of a metal such as stainless steel or a nickel-based alloy such as X7 CrNiAl 17-7 (WsNr 1.4568, EN 10027-2:1992-09).
  • the aforementioned sensor flag 112 can also consist at least partially of a metal, for example stainless steel or a nickel-based alloy, and/or the deformation body 111 and the sensor flag 112 can be made or consist of the same material.
  • the deformation body 111 and the sensor vane 112 are also designed in particular to be excited to oscillate about a common static rest position, typically namely forced oscillation out of resonance, such that the sensor vane 112 elastically deforming the deformation body 111 pendulum movements in a - essentially transverse running to the aforementioned direction of flow - performs detection direction.
  • the sensor vane 112 has a width, measured as a maximum extent in the direction of flow, which is significantly greater than a thickness of the sensor vane 112, measured as a maximum lateral extent in the direction of the detection direction.
  • the sensor vane 112 can, as is quite usual with such sensors, be designed, for example, in the shape of a wedge or also as a flat plate.
  • the sensor 1 also has a connecting sleeve 113, which extends from a, for example circular, peripheral edge segment of the second surface 111# of the deformation body and is electrically conductively connected to the deformation body and/or made of metal.
  • the connecting sleeve 113 is made of a material or metal which has a temperature at least within a range between -10°C and 250°C of not less than 16 - 10 ® K 1 and/or not more than 17 - 10 ® K 1 has a (linear) coefficient of thermal expansion a1.
  • the senor In order to detect mechanical vibrations of deformation body 111 (or of deformation body 111 together with the sensor flag), the sensor also has at least one, in particular disc-shaped and/or piezoceramic, element arranged within connecting sleeve 113 and contacting surface 111+ of the deformation body with a first contact surface , Transducer element 12 for generating a time-changing, especially at least temporarily periodic, movements of the sensor vane or equally time-changing, especially at least temporarily periodic, deformations of the deformation body 111 representing electrical sensor signal, for example with an electrical (alternating) )tension, up.
  • Transducer element 12 for generating a time-changing, especially at least temporarily periodic, movements of the sensor vane or equally time-changing, especially at least temporarily periodic, deformations of the deformation body 111 representing electrical sensor signal, for example with an electrical (alternating) )tension, up.
  • the converter element 12 can also serve to generate a force causing deformations of the deformation body 111 (inverse piezo effect), or to be used as a (piezoelectric) actuator, for example to stimulate mechanical vibrations of the deformation body.
  • the transducer element 12 is made of a material, for example a lead zirconate titanate (piezo) ceramic (PZT), which has a temperature at least within a range of between -10°C and 250°C lying temperature range has not less than -6 • 10 ® K 1 and/or not more than 6 - 10 ® K 1 amounting (linear) coefficient of thermal expansion a2.
  • PZT lead zirconate titanate
  • the senor 1 or the measuring system formed therewith is also intended in particular to be used in such applications or measuring points in which the fluid to be measured, for example due to condensation-induced water hammer (CIWH), briefly extremely high hydrostatic , namely to pressures of more than 100 bar and/or high (fluid) temperatures of more than 200° C. acting perpendicularly against the wall 3* of the pipe, thus also acting against the sensor, for example in superheated steam applications.
  • CIWH condensation-induced water hammer
  • the sening means 13 For fixing the converter element 12 in the connecting sleeve 113, especially in a detachable manner, on the one hand and to achieve the lowest possible sensitivity of the sensor to pressure surges and/or temperature fluctuations or to reduce measurement errors resulting from such high loads on the sensor when measuring the at least one flow parameter with the measuring system formed with the same sensor, on the other hand, the sensor according to the invention also includes inside the connecting sleeve 113 positioned and thus mechanically connected, especially releasably, fastening means 13.
  • fastening means 13 comprise an (inner) screw sleeve 132 having an external thread, made of metal, for example, and a shim element 133, for example monolithic and/or cylindrical, for example made of a metal or the same material as the connecting sleeve 112.
  • the connecting sleeve 112 has an internal thread (for the screw sleeve 132) in a distal end remote from the deformation body 111.
  • the transducer element 12 has a (first) thickness d12, for example not less than 1 mm and/or not more than 2 mm, measured at a temperature of 20° C.
  • the shim element 133 has a (second) thickness d131, for example no less than 0.5 mm and/or no more than 10 mm, measured at room temperature or a temperature of 20°C as the maximum expansion in Direction of the normal of the first contact surface of the transducer element.
  • the shim element 133 is designed as a washer, for example also in the form of a shim or a shim or spacer, and/or made of a material, for example a metal, which differs from the material of the deformation body is different and/or which has a (linear) coefficient of thermal expansion a3 at least within a temperature range between -10°C and 250°C of not less than 20 • 10 ® K 1 and/or not more than 30 • 10 ® K 1 .
  • the shim element 133 consists of aluminum or an aluminum alloy, for example an aluminum-magnesium-silicon alloy (AIMgSi) or an aluminum wrought alloy, especially of the (standardized) type EN AW- 6061 (AIMglSiCu), EN AW-6082, EN AW-7075 or EN AW-5052.
  • AIMgSi aluminum-magnesium-silicon alloy
  • AIMglSiCu aluminum-magnesium-silicon alloy
  • EN AW-6082 EN AW-7075
  • EN AW-5052 EN AW-5052.
  • the (internal) screw sleeve 132 is also screwed into the internal thread of the connecting sleeve 112 to form an abutment for the washer element 133 and the washer element 131 is positioned between the (inner) screw sleeve 132 and the transducer element 12 .
  • the (internal) screw sleeve is screwed into the connecting sleeve 112 to such an extent that at least the shim element 131 (in the installed state) is elastically deformed by exerting a contact pressure force that keeps the converter element 12 pressed against the deformation body 111, which also means that between the converter element 12 and the deformation body 111 a non-positive connection is formed; this in particular in such a way that a minimum surface pressure acting between shim element 131 and converter element 12 or between converter element 12 and deformation body 111 is more than 1 MPa, especially more than 3 MPa, at least within a temperature range between -10°C and 250°C , Is and/or that a maximum surface pressure acting between the washer element 131 and the converter element 12 or between the converter element 12 and the deformation body 111 is at least within one between -10°C and 250°C is less than 20 MPa, especially less than 15 MPa.
  • the required (nominal) contact pressure or (nominal) surface pressure can be set exactly during assembly of the sensor, for example by means of a correspondingly programmed screwing tool, such as a programmable electronic torque and/or angle wrench.
  • a correspondingly programmed screwing tool such as a programmable electronic torque and/or angle wrench.
  • the converter element 12 and the shim element 133 are designed in such a way that an expansion difference ratio Aoc21/Aoc31 (of the sensor) measured as a ratio of a difference between the aforementioned (linear) coefficient of thermal expansion a2 (of the material) of the transducer element 12 and a (linear) coefficient of thermal expansion a1 (of the material) of the ferrule 113 to a difference between a (linear) coefficient of thermal expansion a3 (of the material) of the shim element 133 and the (linear) coefficient of thermal expansion a1 (of the
  • a (thickness) ratio di 33 /di2 (the thickness ds of the shim element 133 to the thickness di2 of the transducer element 12) is more than 0.5 and less than 7, for example not less than 2 and/or not more than 4.
  • the connecting sleeve 113 and the converter element 12 can advantageously also be designed in such a way that an inner diameter of the connecting sleeve 113 in the area of the installed position of the converter element is essentially one thus corresponds to the corresponding outer diameter of the converter element 12, for example, namely only larger by an amount that just allows for a positioning of the converter element 12 on the deformation body 111.
  • the connecting sleeve 113 can also be designed in such a way that in an area above the converter element 12 (positioned in the installed position) it has a (smallest) inner diameter which is larger--for example by more than 1 mm , As a (largest) outer diameter of the transducer element 12.
  • the fasteners not least to simplify the assembly and / or to compensate for any production-related tolerances of the screw sleeve and / or the Beilgaelements also a Include spherical washer 134, which (in the installed position) between the (internal) screw sleeve and the washer element 133 is positioned.
  • the spherical disk 134 for example ring-shaped, can advantageously be made at least partially, for example also predominantly or completely, from a metal, in particular a stainless steel or a nickel-based alloy, and/or from a material that is at least within a range of between -10° C. and 250°C has a (linear) coefficient of thermal expansion a4 of no less than 16 • 10 ® K 1 and/or no more than 17 • 10 ® K 1 .
  • the (linear) coefficient of thermal expansion a4 (of the material) of the spherical disc can advantageously also be selected in such a way that it differs from the aforementioned (linear) coefficient of thermal expansion a1 (of the material) of the connecting sleeve 113 at least within a temperature range between -10° C. and 250° C by less than 2 - 10 ® K 1 and/or by less than 10% of the coefficient of thermal expansion a1 (of the material) of the connecting sleeve 113.
  • the converter element 12 and the connecting sleeve 113 can also be shaped in such a way that the converter element 12 and the connecting sleeve 113 have external and internal contours which are complementary to one another but nevertheless prevent an incorrect installation position of the converter element, for example in such a way that, as shown in Figs. 4a and 4b, viewed together, the converter element 12 has an outer contour with one or more straight sections 12a and that the connecting sleeve 113 has an inner contour with the aforementioned straight sections of the converter element 12 corresponding corresponding straight sections.
  • Such fastening means formed by means of the (internal) screw sleeve 132 and the shim element 133 also makes it possible, among other things, to fix the converter element 12 on the deformation body 111 without the converter element 12 and the deformation body 111 being connected to one another with a material bond must, consequently, for example, the use of adhesives or solders to connect the transducer element 12 and deformation body 111 can be dispensed with.
  • the shim element 133 and the converter element 12 can also be connected to one another without a material connection, namely avoiding a material connection that binds the shim element 133 and the converter element to one another.
  • the use of the washer element 133 according to the invention also makes it possible without further ado to create an electrically highly conductive connection between the converter element 12 and the deformation body 111 and/or to create a possible connection between the converter element 12 and the deformation body 111 uniform mechanical contact between the transducer element 12 and deformation body 111 useful metal foil, for example namely a silver foil to position.
  • it is also easily possible to place further elements of the fastening means 13 between the converter element 12 and the shim element 131 for example one or more electrically insulating insulating disks (135), possibly also designed as a contact disk or (flexible) printed circuit board.
  • the fastening means accordingly comprise at least one insulating disk 135, for example ring-shaped and/or formed by means of a flexible printed circuit board, for example made of a ceramic and/or a plastic and/or of a at least within a range of -10°C and 250°C lying temperature range not less than 30 • 10 ® K 1 and / or not more than 50 • 10 ® K 1 amounting material having (linear) thermal expansion coefficients a5, which is positioned between transducer element 12 and shim element 133 .
  • a flexible printed circuit board for example made of a ceramic and/or a plastic and/or of a at least within a range of -10°C and 250°C lying temperature range not less than 30 • 10 ® K 1 and / or not more than 50 • 10 ® K 1 amounting material having (linear) thermal expansion coefficients a5, which is positioned between transducer element 12 and shim element 133 .
  • the insulating pane 135 can also be made at least partially, for example also predominantly or completely, from a temperature range, especially one that is resistant to high temperatures and/or from a temperature range at least within a range of between -10°C and 250°C of not less than 20 • 10 ® K 1 and/or no more than 40 • 10 ® K' 1 (linear) coefficients of thermal expansion a5, for example a polyimide, esp.
  • the insulating disk 135 can have a (third) thickness of not less than 0.05 mm and/or not more than 0.5 mm, not least also for the above-described case that the insulating disk is made of polyimide, especially Kapton d3, measured at a temperature of 20° C.
  • insulating disk 135 can have electrically conductive traces positioned thereon and/or be electrically conductively connected to electrical connecting line 14, and insulating disk 135 can be positioned in such a way that, in the installed position, it forms a second contact surface opposite the aforementioned first contact surface of converter element 12 Converter element 12 electrically conductively contacted.
  • the measuring system also comprises a tube 3 which can be inserted in the course of the aforementioned pipeline and has a lumen 3' which is encased by a - for example metallic - wall 3* of the tube and which extends from an inlet end 3+ to an outlet end 3#. extends and which is adapted to guide the fluid flowing in the pipeline.
  • the sensor 1 is also inserted into the same tube in such a way that the first surface of the deformation body 111 faces the lumen 3' of the tube, hence the Sensor flag protrudes into the same lumen.
  • a flange connection is provided at the inlet end 3+ and at the outlet end 3# to produce a leak-free flange connection with a corresponding flange on an inlet or outlet line segment of the pipeline.
  • the tube 3, as shown in FIG. 1 or 2 can be designed essentially straight, for example as a hollow cylinder with a circular cross-section, such that the tube 3 has an imaginary straight longitudinal axis connecting the inlet end 3+ and the outlet end 3# L
  • the sensor 1 is inserted from the outside through an opening 3′′ formed in the wall into the lumen of the tube and in the area of that opening it can be detached again from the outside on the wall 3*, for example.
  • the sensor 1 is inserted into the opening 3" in such a way that the deformation body 111 covers or hermetically closes the opening 3".
  • This opening can, for example, be designed in such a way that--as is quite usual in measuring systems of the type under discussion--it has an (internal) diameter which lies in a range between 10 mm and approx. 50 mm.
  • a socket 3a serving to hold the deformation body 111 or the sensor 1 formed therewith on the wall 3* is formed in the opening 3''.
  • the sensor 1 can be fixed to the tube 3, for example, by cohesively connecting, in particular by welding or soldering, the deformation body 111 and the wall 3*; it can, for example, also be detachably connected to the pipe 3, for example screwed or screwed on.
  • at least one sealing surface for example also a circumferential or circular ring-like sealing surface, can be formed in the socket 3a, which is set up to seal the opening 3" accordingly in interaction with the deformation body 111 and a sealing element that may be provided, for example ring-shaped or annular disk-shaped.
  • the sensor 1 and the tube 3 are also dimensioned such that a length of the sensor flag 112, measured as the minimum distance between a proximal end of the sensor flag 112, i.e. one bordering on the deformation body 111, to the distal end of the sensor flag 112 is longer corresponds to a half of a caliber DN of the tube 3 or less than 95% of the same caliber DN.
  • the length of the sensor vane 112 can also be chosen such that the distal end of the sensor vane 112 is only a very small minimum distance from the wall 3* of the tube 3, as is quite usual with a comparatively small caliber of less than 50 mm.
  • the sensor vane 112 - as is quite usual in measuring systems of the type in question and as can also be seen from FIG Rohrs 3.
  • the measuring system is specifically designed as a vortex flowmeter with a lumen of the tube 3--in this case upstream of the sensor 1, specifically in front of the sensor seen in the (main) direction of flow--arranged to effect Dam body 4 serving as a Karman vortex street in the flowing fluid is formed.
  • Sensor and bluff body are here so dimensioned and arranged in particular that the
  • the vortex flowmeter is also designed as a compact measuring system in which the measuring electronics 2 are housed in a protective housing 20 held on the pipe, for example by means of a neck-shaped connecting piece 30 .
  • the sensor 1 also has a compensating body 114 which extends from the second surface 111# of the deformation body 111 and is, for example, in the form of a rod, plate or sleeve.
  • the compensating body 114 can, for example, consist of the same material as the deformation body and/or the sensor flag, for example a metal.
  • the compensating body 114 can be made of stainless steel or a nickel-based alloy.
  • the deformation body 111 and the compensation body 114 are integrally connected to one another, for example welded or soldered to one another.
  • deformation body 111 and compensating body 114 can also be components of one and the same monolithic molded part, for example such that sensor flag 111, deformation body 112 and compensating body 114 are components of the same molded part.
  • Sensor vane 112 and compensating body 114 can also be arranged in alignment with one another--as can also be seen from a combined view of FIGS.
  • the compensating body 114 and the deformation body 111 can also be positioned and aligned with one another such that a main axis of inertia of the deformation body 111 coincides with a main axis of inertia of the compensating body 114 in an extension.
  • the compensating body 114 and the shim element 133 are also designed and arranged in such a way that the compensating body 114 extends through the shim element 133, for example also in such a way that a main axis of inertia, for example a longitudinal axis, of the compensating body and a main axis of inertia, for example a longitudinal axis, of the Shim elements run parallel to one another, esp. They are coincident, and/or in such a way that the shim element and compensating body do not contact each other.

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Abstract

Der Sensor umfaßt einen zumindest abschnittsweise flachen Verformungskörper (111) mit einer ebenen Oberfläche (111+) und einer gegenüberliegenden ebenen Oberfläche (111#), eine sich ausgehend von der ersten Oberfläche (111+) des Verformungskörpers erstreckende Sensorfahne (112), einen sich ausgehend vom Verformungskörper erstreckende Anschlußhülse (113), ein innerhalb der Anschlußhülse (113) angeordnetes, die Oberfläche (111+) des Verformungskörpers mit einer Kontaktfläche kontaktierendes Wandlerelement (12) zum Generieren eines zeitlich ändernde Bewegungen der Sensorfahne und/oder zeitlich ändernde Verformungen des Verformungskörpers repräsentierenden elektrischen Sensorsignals, sowie innerhalb der Anschlußhülse (113) positionierte und damit mechanisch verbundene Befestigungsmittel zum Fixieren des Wandlerelements (12) in der Anschlußhülse (113). Die Anschlußhülse weist in einem vom Verformungskörper (111) entfernten distalen Ende ein Innengwinde auf und die Befestigungsmittel (13) umfassen eine ein Außengewinde aufweisende (Innen-)Schraubhülse (132) sowie ein zylinderförmiges Beilagelement (133). Zudem sind die Schraubhülse (132) in das Innengwinde eingeschraubt und das Beilagelement (133) zwischen (Innen-)Schraubhülse und Wandlerelement positioniert, derart daß mittels der Schraubhülse ein Widerlager für das Beilagelement gebildet und zumindest das Beilageelement unter Ausübung einer das Wandlerement gegen den Verformungskörper gedrückt haltende Anpreßkraft bzw. unter Bildung zumindest eines Wandlerement und Verformungskörper miteinander verbindenden Kraftschlusses elastisch verformt ist.

Description

Sensor sowie damit gebildetes Meßsystem
Die Erfindung betrifft einen gebildeten Sensor, insb. einen Sensor zum Erfassen von Druckschwankungen in einem strömenden Fluid, bzw. ein damit gebildetes Meßsystem.
In der Prozeßmeß- und Automatisierungstechnik werden für die Messung von Strömungsgeschwindigkeiten von in Rohrleitungen strömenden Fluiden, insb. schnellströmenden und/oder heißen Gasen und/oder Fluidströmen von hoher Reynoldszahl (Re), bzw. von mit einer jeweiligen Strömungsgeschwindigkeit (u) korrespondierenden Volumen- oder Massenströmen oftmals als Vortex-Durchflußmeßgeräte ausgebildete Meßsysteme verwendet. Beispiele für solche, Meßsysteme sind u.a. aus der der US-A 2006/0230841 , der US-A 2008/0072686, der US-A 2011/0154913, der US-A 2011/0247430, der US-A 2016/0123783, der US-A 2017/0284841 , der US-A 2019/0094054, der US-A 60 03 384, der US-A 61 01 885, der US-B 63 52 000, der US-B 69 10 387 oder der US-B 69 38 496 bekannt und werden u.a. auch von der Anmelderin selbst angeboten, beispielsweise unter der Warenbezeichnung “PROWIRL D 200“, “PROWIRL F 200“, “PROWIRL O 200“, “PROWIRL R 200“ (http://www.de.endress.eom/#products/prowirl).
Die gezeigten Meßsysteme weisen jeweils einen in das Lumen der jeweiligen, beispielsweise nämlich als Anlagenkomponente eines Wärmeversorgungsnetzes oder eines Turbinenkreislaufes ausgebildeten, Rohrleitung bzw. in ein Lumen eines in den Verlauf nämlicher Rohrleitung eingesetzten Meßrohrs hineinragenden, mithin vom Fluid angeströmten Staukörper zum Erzeugen von zu einer sogenannten Kärmänschen Wirbelstrasse aufgereihten Wirbeln innerhalb des unmittelbar stromabwärts des Staukörpers strömenden Teilvolumens des Fluidstroms auf. Die Wirbel werden dabei bekanntlich mit einer von der Strömungsgeschwindigkeit abhängigen Ablöserate (1/fvtx) am Staukörper generiert. Ferner weisen die Meßsysteme einen in den Staukörper integrierten bzw. mit diesem verbundenen oder stromabwärts desselben, nämlich im Bereich der Kärmänschen Wirbelstrasse in die Strömung, mithin in Lumen der hineinragenden Sensor auf, der dazu dient Druckschwankungen in der im strömenden Fluid ausgebildeten Kärmänschen Wirbelstrasse zu erfassen und in ein die Druckschwankungen repräsentierendes Sensorsignal zu wandeln, nämlich ein - beispielsweise elektrisches oder optisches - Signal zu liefern, das mit einem innerhalb des Fluids herrschenden, infolge gegenläufiger Wirbel stromab des Staukörpers periodischen Schwankungen unterworfenen Druck korrespondiert bzw. das eine mit der Ablöserate der Wirbel korrespondierende Signalfrequenz (~ fvtx) aufweist. Der Sensor weist dafür einen Verformungskörper sowie eine sich ausgehend von einer im wesentlichen planaren Oberfläche des Verformungskörpers erstreckenden - zumeist stabförmigen, plattenförmigen oder keilförmigen - Sensorfahne auf, und ist dafür eingerichtet, Druckschwankungen in der Kärmän'schen Wirbelstrasse zu erfassen, nämlich in mit den Druckschwankungen korrespondierende Bewegungen des Verformungskörpers zu wandeln. Der Verformungskörper weist ein - zumeist kreisringförmiges - äußeres Randsegment auf, das dafür eingerichtet ist, mit einer dem Haltern des Verformungskörpers an einer Wandung eines Rohrs dienenden Fassung hermetisch dicht, beispielsweise nämlich stoffschlüssige, verbunden zu werden, derart, daß der Verformungskörper eine in der Wandung des Rohrs vorgesehene Öffnung überdeckt bzw. hermetisch verschließt und daß die die Sensorfahne tragende Oberfläche des Verformungskörpers dem Fluid führenden Lumen des Meßrohrs bzw. der Rohrleitung zugewandt ist, mithin die Sensorfahne in nämliches Lumen hineinragt. Der Verformungskörper ist typischerweise als eine dünne Membran ausgebildet und dabei so geformt, daß zumindest eine Membran-Dicke, gemessen als eine minimale Dicke eines durch das vorbezeichnete äußere Randsegment begrenzten inneren Membransegment, sehr viel kleiner als ein Membran-Durchmesser, gemessen als ein größter Durchmesser einer durch das äußere Randsegment begrenzten Fläche ist. Um eine möglichst hohe Meßemepfindlichkeit, nämliche eine möglichst hohe Empfindlichkeit des Sensors auf die zu erfassenden Druckschwankungen und zugleich eine möglichst hohe, nämlich oberhalb der höchsten zu messenden Ablöserate liegende mechanische Eigenfrequenz für den durch die Druckschwankungen erzwungenen Biegeschwingungsmode des Verformungskörpers mit der Sensorfahne zu erzielen, weisen derartige Verformungskörper etablierter Meßsysteme typischerweise ein Durchmesser-zu-Dicke-Verhältnis auf, das etwa in der Größenordnung von 20:1 liegt. Wie u.a. in den eingangs erwähnten US-A 2016/0123783, der US-A 2017/0284841 , der US-A 2019/0094054, bzw. US-B 63 52 000 gezeigt, können Sensoren der in Rede stehenden Art gelegentlich zudem einen sich ausgehend von einer der die Sensorfahne tragende Oberfläche abgewandten Oberfläche des Verformungskörpers erstreckenden, zumeist stab-, platten- oder hülsenförmig ausgebildeten Ausgleichskörper aufweisen, der im besonderen dazu dient, aus Bewegungen der Sensorbaugruppe resultierenden Kräften bzw. Momenten, beispielsweise infolge von Vibrationen der Rohrleitung, zu kompensieren bzw. daraus resultierende unerwünschte Bewegungen der Sensorfahne zu vermeiden.
Zwecks des Generierens des Sensorsignals umfaßt jeder der Sensoren ferner jeweils ein (mechanisch-zu-elektrisches) Wandlerelement, das typischerweise dafür eingerichtet ist, Bewegungen des Verformungskörpers zu erfassen und in ein elektrisches Sensorsignal zu wandeln. Bei den aus der US-A 2017/0284841 , der US-A 2019/0094054 bzw. US-B 63 52 000 bekannten Sensoren ist nämliches Wandlerelement mittels einer Piezokeramik gebildet, beispielsweise in Form einer Piezo-Scheibe. Der Sensor ist auf einer dem Fluid führenden Lumen abgewandten Seite ferner mit einer - typischerweise druck- und schlagfest gekapselten, ggf. auch nach außen hin hermetisch abgedichteten - Umformer-Elektronik verbunden. Umformer-Elektroniken von industrietauglichen Meßsysteme weisen üblicherweise eine entsprechende, mit dem Wandlerelement via Anschlußleitungen, ggf. unter Zwischenschaltung elektrischer Barrieren und/oder galvanischer Trennstellen, elektrisch verbundene digitale Meßschaltung zum Verarbeiten des wenigstens einen vom Wandlerelement erzeugten Sensorsignals und zum Erzeugen von digitalen Meßwerten für die jeweils zu erfassende Meßgröße, nämlich die Strömungsgeschwindigkeit, den Volumenstrom und/oder den Massenstrom, auf. Die üblicherweise in einem Schutz-Gehäuse aus Metall und/oder schlagfestem Kunststoff untergebrachte Umformer-Elektronik industrietauglicher bzw. in der industriellen Meßtechnik etablierter Meßsysteme stellen zudem zumeist auch einem Industriestandard, beispielsweise der DIN IEC 60381-1 , konforme externe Schnittstellen für die Kommunikation mit übergeordneten, beispielsweise mittels Speicherprogrammierten Steuerungen (SPS) gebildete, Meß- und/oder Reglersysteme bereit. Ein solche externe Schnittstelle kann beispielsweise als in eine Stromschleife eingliederbarer Zweileiter-Anschluß ausgebildete und/oder mit etablierten industriellen Feldbussen kompatible ausgebildet sein.
Nicht zuletzt aufgrund des Meßprinzip bedingt relativ hohen Durchmesser-zu-Dicke-Verhältnisse des Verformungskörpers weisen konventionelle Sensoren der in Rede stehenden Art - selbst bei Verwendung einer hochfesten Nickelbasislegierung, wie z.B. Inconel 718 (Special Metals Corp.), als Material - zumeist eine Druckfestigkeit, nämlich einen maximal zulässiger Betriebsdruck, oberhalb dem eine nicht reversible plastische Verformung des Sensors oder gar ein Bersten des Verformungskörpers zu besorgen ist, auf, die für in bestimmten Anwendungen gelegentlich tatsächlich auftretende extrem hohe Drücke bzw. Druckstöße zu niedrig sein kann, bzw. weisen solche Sensoren eine für solche Anwendungen zu ungünstige Abhängigkeit nämlicher Druckfestigkeit von der Betriebstemperatur (Druck-Temperatur-Kurve) auf, derart, daß beispielsweise für in eigentlich prädestinierten Heißdampfanwendungen mit Dampftemperaturen von über 200 C gelegentlich, beispielsweise infolge sogenannter kondensationsinduzierte Wasserschlägen (CIWH - condensation induced water hammers), auftretende Betriebsdrücken oberhalb von 100 bar ein zerstörungsfreies Widerstehen nicht mehr garantiert werden kann.
Zur Verbesserung der Druckfestigkeit des Sensors ist in der US-A 2016/0123783 beispielsweise eine wandlerelementseitig angeordnete, mithin im Betrieb vom zu messenden Fluid nicht kontaktierte Abstützvorrichtung für den Verformungskörper gezeigt, gegen die der Verformungskörper bei einem über einem vorbestimmten Grenzwert liegenden statischen Druck von beispielsweise mehr als 40 bar teilweise angelegt ist, derart, daß darin etablierte mechanische Spannungen auch bei höheren Drücken von bis zu 250 bar auf unterhalb einer spezifizierten maximal zulässigen Spannung gehalten werden können. Ein Nachteil dieser Lösung ist allerdings darin zu sehen, daß dabei die Empfindlichkeit des Sensors bei Überschreiten des vorbezeichneten Grenzwerts zunächst schlagartig verringert wird, mithin daß der Sensor eine vom Druck abhängige und zudem nicht-lineare Empfindlichkeit auf die Strömungsgeschwindigkeit bzw. den Volumenstrom aufweist.
Ausgehend davon besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, Sensoren mit auf dem Verformungskörper positioniertem Wandlerlement dahingehend zu verbessern, daß sie auch bei einem vergleichsweise einfachen mechanischen Aufbau ein hohe Druckfestigkeit bzw. eine auch den Einsatz in Heißdampfanwendungen mit Dampftemperaturen von über 200 °C und Druckspitzen von über 100 bar ermöglichende Abhängigkeit der Druckfestigkeit von der Betriebstemperatur aufweisen. Zudem soll der Sensor in einfacher Weise aus einzelnen Komponenten zusammensetzbar sein, beispielsweise auch um ein defekt gewordenes Wandlerelement gegen ein intaktes neues Wandlerelement leicht auswechseln zu können.
Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einem Sensor, insb. einem Sensor zum Erfassen von Druckschwankungen in einer in einem strömenden Fluid ausgebildeten Kärmänschen Wirbelstrasse, welcher Sensor umfaßt:
• einen zumindest abschnittsweise flachen, beispielsweise membranartigen bzw. scheibenförmigen, Verformungskörper, beispielsweise aus einem Metall, mit einer ebenen ersten Oberfläche und einer gegenüberliegenden ebenen zweiten Oberfläche;
• eine sich ausgehend von der ersten Oberfläche des Verformungskörpers erstreckende, beispielsweise stabförmigen oder plattenförmige oder keilförmige, Sensorfahne;
• einen sich ausgehend vom Verformungskörper erstreckende, beispielsweise damit elektrisch leitfähig verbundene, Anschlußhülse, beispielsweise aus einem Metall und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 16 - 10 ® K 1 und/oder nicht mehr als 17 - 10 ® K 1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisenden Material;
• ein innerhalb der Anschlußhülse angeordnetes, die zweite Oberfläche des Verformungskörpers mit einer ersten Kontaktfläche, beispielsweise elektrisch leitend, kontaktierendes, beispielsweise scheibenförmiges und/oder piezokeramisches, Wandlerelement, beispielsweise aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als -6 • 10 ® K 1 und/oder nicht mehr als 6 - 10 ® K'1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen aufweisenden Material, zum Generieren eines zeitlich ändernde, beispielsweise zumindest zeitweise periodische, Bewegungen der Sensorfahne und/oder zeitlich ändernde, beispielsweise zumindest zeitweise periodische, Verformungen des Verformungskörpers repräsentierenden elektrischen Sensorsignals und/oder zum Erzeugen einer Verformungen des Verformungskörpers bewirkenden Kraft (inverser Piezoeffekt);
• sowie innerhalb der Anschlußhülse positionierte und damit, beispielsweise wiederlösbar, mechanisch verbundene Befestigungsmittel zum, beispielsweise wiederlösbaren, Fixieren des Wandlerelements in der Anschlußhülse.
Beim erfindungsgemäßen Sensor weist die Anschlußhülse in einem vom Verformungskörper entfernten distalen Ende ein Innengwinde auf und umfassen die Befestigungsmittel zudem eine ein Außengewinde aufweisende (Innen-)Schraubhülse sowie ein zylinderförmiges, beispielsweise monolithisches und/oder scheibenförmiges und/oder metallisches, Beilagelement, beispielsweise aus einem Metall und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 20 • 10 ® K 1 und/oder nicht mehr als 30 • 10 ® K 1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen aufweisenden Material. Zudem ist die (Innen-)Schraubhülse in das Innengwinde eingeschraubt und ist das Beilagelement zwischen (Innen-)Schraubhülse positioniert, derart daß mittels der (Innen-)Schraubhülse ein Widerlager für das Beilagelement gebildet und zumindest das Beilageelement unter Ausübung einer das Wandlerement gegen den Verformungskörper gedrückt haltende Anpreßkraft bzw. unter Bildung zumindest eines Wandlerement und Verformungskörper miteinander verbindenden Kraftschlusses elastisch verformt ist, beispielsweise derart, daß eine zwischen Beilagelement und Wandlerelement bzw. zwischen Wandlerelement und Verformungskörper wirkende minimale Flächenpressung mehr als 1 MPa beträgt und/oder eine zwischen Beilagelement und Wandlerelement bzw. zwischen Wandlerelement und Verformungskörper wirkende maximale Flächenpressung weniger als 20 MPa beträgt und/oder derart, daß zwischen Wandlerement und Verformungskörper eine kraftschlüssige Verbindung gebildet ist.
Darüberhinaus besteht die Erfindung auch in einem mittels eines dem Erfassen von Druckschwankungen im strömenden Fluid, beispielsweise nämlich zum Erfassen von Druckschwankungen in einer im strömenden Fluid ausgebildeten Kärmänschen Wirbelstrasse, dienlichen erfindungsgemäßen Sensors gebildeten Meßsystem zum Messen wenigstens eines, beispielsweise zeitlich veränderlichen, Strömungsparameters, beispielsweise einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Volumendurchflußrate, eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids, welches Meßsystem ferner eine an das Wandlerelement des Sensors elektrisch angeschlossene Meß-Elektronik, die dafür eingerichtet ist, das Sensorsignal vom Sensor zu empfangen und zu verarbeiten, beispielsweise nämlich den wenigstens einen Strömungsparameter repräsentierende Meßwerte zu generieren und/oder ein, beispielsweise dem Erzeugen einer Verformungen des Verformungskörpers bewirkenden Kraft dienliches, elektrisches Treibersignal in das Wandlerelement einzuspeisen. Das erfindungsgemäße Meßsystem kann insbesondere auch zum Messen eines Strömungsparameters - beispielsweise nämlich einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Volumendurchflußrate und/oder einer Massendurchflußrate - eines in einer Rohrleitung strömenden, beispielsweise zumindest zeitweise eine Temperatur von mehr als 200°C und/oder zumindest zeitweise mit einem Druck von mehr als 100 bar auf den Verformungskörper und/oder die Sensorfahne des Sensors wirkenden, Fluids, beispielsweise einem Dampf, verwendet werden.
Nach einer ersten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist vorgesehen, daß das Wandlerelement eine, beispielsweise nicht weniger als 0,5 mm und/oder nicht mehr als 2 mm betragende, (erste) Dicke d12, gemessen bei einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung einer Normalen von dessen erster Kontaktfläche, und das Beilagelement eine, beispielsweise nicht weniger als 1 mm und/oder nicht mehr als 10 mm betragende, (zweite) Dicke d133, gemessen bei einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung der Normalen der ersten Kontaktfläche des Wandlerelements, aufweisen und ist ferner vorgesehen, daß das Wandlerelement und das Beilagelement so ausgebildet sind, daß ein Ausdehnungsdifferenzen-Verhältnis Aoc21/Aoc31 (des Sensors), gemessen als ein Verhältnis einer Differenz zwischen einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten oc2 (des Materials) des Wandlerelements und einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten a1 (des Materials) der Anschlußhülse zu einer Differenz zwischen einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten oc3 (des Materials) des Beilagelements und dem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten a1 (des Materials) der Anschlußhülse, beispielsweise zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs, eine von einem (Feinabstimmungs-)Parameter k1 abhängige Bedingung:
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erfüllt, wobei der (Feinabstimmungs-)Parameter k1 nicht kleiner als 0,5 und nicht größer als 1 ,5, insb. größer als 0,7 und/oder kleiner als 1 ,2, ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß ein (Dicken-)Verhältnis d 3/di2 der (ersten) Dicke d s des Beilagelements zur (zweiten) Dicke di2 des Wandlerelements mehr als 0,5 und weniger als 7, beispielsweise nämlich nicht weniger als 2 und/oder nicht mehr als 4, beträgt.
Nach einer zweiten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Befestigungsmittel eine, beispielsweise ringförmige, Kugelscheibe, beispielsweise aus einem Metall und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 16 • 10 ® K 1 und/oder nicht mehr als 17 • 10 ® K 1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen a4 aufweisenden Material, umfassen, und daß die Kugelscheibe zwischen Schraubhülse und Beilagelement positioniert ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß die Kugelscheibe zumindest anteilig, beispielsweise auch überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, beispielsweise einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht und/oder daß ein (linearer) Wärmeausdehnungskoeffizienten a4 (des Materials) der Kugelscheibe von einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten a1 (des Materials) der Anschlußhülse zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs um weniger als 2 - 10 ® K 1 und/oder um weniger als 10% des Wärmeausdehnungskoeffizientens a1 (des Materials) der Anschlußhülse abweicht.
Nach einer dritten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Befestigungsmittel eine, insb. ringförmige, Isolierscheibe (135), insb. aus einer Keramik und/oder einem Kunststoff und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden T emperaturbereichs nicht weniger als 30 • 10 ® K 1 und/oder nicht mehr als 50 • 10 ® K 1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen a5 aufweisenden Material, umfassen und daß die Isolierscheibe zwischen Wandlerelement und Beilagelement positioniert ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß die Isolierscheibe zumindest anteilig, beispielsweise auch überwiegend oder vollständig, aus einem, insb. hochtemperaturbeständigen und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 20 • 10 ® K 1 und/oder nicht mehr als 40 • 10 ® K 1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen a5 aufweisenden, Kunststoff, beispielsweise einem Polyimid (Kapton), besteht und/oder daß ein (linearer) Wärmeausdehnungskoeffizienten a5 (des Materials) der Isolierscheibe von einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten a2 (des Materials) des Beilagelements zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs um weniger als 20 • 10 ® K 1 und/oder um weniger als 50% des (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientens a2 (des Materials) des Beilagelements abweicht. Alternativ oder in Ergänzung kann die Isolierscheibe zudem eine (dritte) Dicke, gemessen bei einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung der Normalen der ersten Kontaktfläche des Wandlerelements, aufweisen, die nicht weniger als 0,05 mm und/oder nicht mehr als 0,5 mm beträgt.
Nach einer vierten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß Verformungskörper und Sensorfahne stoffschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise nämlich miteinander verschweißt bzw. verlötet, sind.
Nach einer fünften Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Wandlerelement und der Verformungskörper nicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Nach einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Wandlerelement und das Beilagelement nicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Nach einer siebenten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Beilagelement und der Verformungskörper aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Nach einer achten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Beilagelement aus einer Aluminiumlegierung, beispielsweise einer Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierungen (AIMgSi) bzw. einer Aluminium-Knetlegierung von der (genormten) Sorte EN AW-6061 (AIMglSiCu), EN AW-6082, EN AW-7075 oder EN AW-5052, besteht.
Nach einer neunten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Beilagelement aus einem Metall, beispielsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, besteht.
Nach einer zehnten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Verformungskörper zumindest anteilig, beispielsweise überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, beispielsweise einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht.
Nach einer elften Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Sensorfahne zumindest anteilig, beispielsweise überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, beispielsweise einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht.
Nach einer zwölften Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Anschlußhülse zumindest anteilig, beispielsweise überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, beispielsweise einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht. Nach einer dreizehnten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß Verformungskörper und Sensorfahne, beispielsweise Anschlußhülse, Verformungskörper und Sensorfahne, aus einem gleichen Material bestehen.
Nach einer vierzehnten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß Verformungskörper und Sensorfahne, beispielsweise Anschlußhülse, Verformungskörper und Sensorfahne, Bestandteile ein und desselben monolithischen Formteils sind.
Nach einer fünfzehnten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß eine zwischen Beilageelement und Wandlerelement bzw. zwischen Wandlerelement und Verformungskörper wirkende minimale Flächenpressung, insb. bei einer oberhalb von -50°C und unterhalb von 250°C liegenden Temperatur, mehr als 1 MPa, beispielsweise auch mehr als 3 MPa, beträgt.
Nach einer sechzehnten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß eine zwischen Beilageelement und Wandlerelementbzw. zwischen Wandlerelement und Verformungskörper wirkende maximale Flächenpressung, insb. bei einer oberhalb von -50°C und unterhalb von 250°C liegenden Temperatur, weniger als 20 MPa, beispielsweise auch weniger als 15 MPa, beträgt.
Nach einer siebzehnten Ausgestaltung des Sensors der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Wandlerelement den Verformungskörper und/oder die Anschlußhülse elektrisch leitend kontaktiert.
Nach einer ersten Weiterbildung des Sensors der Erfindung umfaßt der Sensor weiters eine Metallfolie, beispielsweise eine Silberfolie.
Nach einer zweiten Weiterbildung des Sensors der Erfindung umfaßt der Sensor weiters einen sich ausgehend von der zweiten Oberfläche des Verformungskörpers erstreckenden, beispielsweise stabförmigen oder plattenförmigen oder hülsenförmigen, Ausgleichskörper zum Kompensieren von aus gemeinsamen Bewegungen von Verformungskörper und Sensorfahne resultierenden Kräften und/oder Momenten.
Nach einer ersten Ausgestaltung der ersten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß sich der Ausgleichskörper durch das Beilagelement hindurch erstreckt, beispielsweise derart, daß eine Trägheitshauptachse (beispielsweise nämlich eine Längsachse) des Ausgleichskörpers und eine Trägheitshauptachse (beispielsweise nämlich eine Längsachse) des Beilagelements zueinander parallel verlaufen, beispielsweise nämlich koinzident sind, und/oder derart, daß Beilagelement und Ausgleichskörper einander nicht kontaktieren. Nach einer zweiten Ausgestaltung der ersten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß Verformungskörper und Ausgleichskörper stoffschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise nämlich miteinander verschweißt bzw. verlötet, sind.
Nach einer dritten Ausgestaltung der ersten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß Sensorfahne und Ausgleichskörper zueinander fluchtend angeordnet sind.
Nach einer vierten Ausgestaltung der ersten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Ausgleichskörper und der Verformungskörper so positioniert und zueinander ausgerichtet sind, daß eine Trägheitshauptachse des Verformungskörpers in Verlängerung parallel zu einer Trägheitshauptachse des Ausgleichskörpers verläuft, beispielsweise nämlich damit koinzidiert.
Nach einer fünften Ausgestaltung der ersten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß Verformungskörper und Ausgleichskörper Bestandteile ein und desselben monolithischen Formteils sind, beispielsweise derart, daß Sensorfahne, Verformungskörper und Ausgleichskörper und/oder daß Anschlußhülse, Verformungskörper und Ausgleichskörper Bestandteile nämlichen Formteils sind.
Nach einer sechsten Ausgestaltung der ersten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Ausgleichskörper zumindest anteilige, beispielsweise überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, beispielsweise einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht.
Nach einer siebenten Ausgestaltung der ersten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß Verformungskörper und Ausgleichskörper aus einem gleichen Material bestehen, beispielsweise derart, daß Sensorfahne, Verformungskörper und Ausgleichskörper und/oder daß Anschlußhülse, Verformungskörper und Ausgleichskörper aus dem gleichen Material bestehen.
Nach einer Weiterbildung des Meßsystems der Erfindung umfaßt das Meßsystem weiters ein in den Verlauf nämlicher Rohrleitung einsetzbares Rohr mit einem Lumen, das dafür eingerichtet ist, das in der Rohrleitung strömende Fluid zu führen.
Nach einer ersten Ausgestaltung der Weiterbildung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Sensor in nämliches Rohr eingesetzt ist, derart, daß die erste Oberfläche des Verformungskörpers dem Lumen des Rohrs zugewandt ist und daß die Sensorfahne in nämliches Lumen hineinragt.
Nach einer zweiten Ausgestaltung der Weiterbildung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß in der Wandung des Rohrs eine, insb. eine dem Haltern des Verformungskörpers an der Wandung dienende Fassung aufweisende, Öffnung ausgebildet ist, und daß der Sensor in nämliche Öffnung eingesetzt ist, derart, daß der Verformungskörper die Öffnung überdeckt, insb. nämlich hermetisch verschließt, und daß die erste Oberfläche des Verformungskörpers dem Lumen des Rohrs zugewandt ist, mithin die Sensorfahne in nämliches Lumen hineinragt.
Nach einer dritten Ausgestaltung der Weiterbildung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Sensorfahne eine Länge, gemessen als minimaler Abstand zwischen einem proximalen, nämlich an den Verformungskörper grenzenden Ende der Sensorfahne bis zu einem distalen, nämlich vom Verformungskörper bzw. dessen Oberfläche entfernten Ende der Sensorfahne aufweist, welche Länge weniger als 95% eines Kalibers des Rohrs und/oder mehr als einer Hälfte nämlichen Kalibers entspricht.
Nach einer vierten Ausgestaltung der Weiterbildung des Meßsystems der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Meßsystem ferner einen im Lumen des Rohrs, beispielsweise stromaufwärts, nämlich in (Haupt-)Strömungsrichtung vor dem Sensor, angeordneten Stauköper aufweist, der dafür eingerichtet ist, im strömendem Fluid eine Kärmänsche Wirbelstrasse zu bewirken, wobei der Sensor eingerichtet ist, periodische Druckschwankungen in der Kärmänsche Wirbelstrasse zu erfassen und in ein Sensorsignal zu wandeln, beispielsweise derart, daß das Sensorsignal eine mit einer Ablöserate von die Kärmänsche Wirbelstrasse bildenden Wirbeln am Staukörper korrespondierende Signalfrequenz aufweist.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die angestrebte hohe nominelle Druckfestigkeit für Sensoren, nicht zuletzt auch bei hohen Betriebstemperaturen von über 200°C, bzw. die angestrebte Verbesserung der Abhängigkeit der Druckfestigkeit der Sensorbaugruppe von der Betriebstemperatur (Druck-Temperatur-Kurve der Sensorbaugruppe) dadurch herbeizuführen, indem ein das auf dem Verformungskörper angeordnete Wandlerelement mittels eines einer (Innen-)Schraubhülse und einem (scheiben- bzw. hülsenfömigen) Beilagelement, beispielsweise in Form einer (Aluminium-)Unterlegscheibe, gegen den Verformungskörper über einen vergleichsweise weiten Temperaturbereich beispielsweise von -10 C bis 250°C, durchgängig mit einer für das Meßprinzip geeigneten, nämlich sowohl ausreichenden als auch verträglichen Flächenpressung gedrückt gehalten ist. Ein Vorteil der Erfindung besteht u.a. darin, daß damit nicht nur auf sehr einfache Weise eine erhebliche Verbesserung der nominellen Druckfestigkeit bzw. der Druck-Temperatur-Kurve von Sensoren der in Rede stehenden Art erzielt werden kann, sondern daß dies erreicht wird, ohne dadurch die Meßempfindlichkeit, nämlich die Empfindlichkeit des Sensors auf die eigentlich zu erfassenden Druckschwankungen nennenswert zu verringern. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist zudem auch darin zu sehen, daß beim erfindungsgemäßen Sensor defekte Komponenten, beispielsweise das Wandlerelement oder die Befestigungsmittel, sehr einfach, beispielsweise nämlich auch vor Ort ersetzt werden können.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen davon werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Gleiche bzw. gleichwirkende oder gleichartig fungierende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen; wenn es die Übersichtlichkeit erfordert oder es anderweitig sinnvoll erscheint, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen oder Weiterbildungen, insb. auch Kombinationen zunächst nur einzeln erläuterter Teilaspekte der Erfindung, ergeben sich ferner aus den Figuren der Zeichnung und/oder aus den Ansprüchen. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 , 2 schematisch in verschieden Ansichten ein Ausführungsbeispiel für ein - hier als Wirbel-Durchflußmeßgerät ausgebildetes - Meßsystem mit einem Sensor und einer Meß-Elektronik zum Messen wenigstens eines Strömungsparameters eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids;
Fig. 3 schematisch in einer geschnittenen Seitenansicht Ausführungsbeispiel für einen, insb. für die Verwendung in einem Meßsystem gemäß der Fig. 1 bzw. 2 geeigneten, Sensor; und
Fig. 4a, 4b schematisch in zwei verschiedenen Seitenansichten ein Ausführungsbeispiel für einen Sensor gemäß Fig. 3 geeignetes Wandlerelement.
In Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel für ein Meßsystem zum Messen wenigstens eines, ggf. auch zeitlich veränderlichen Strömungsparameters, wie z.B. einer Strömungsgeschwindigkeit v und/oder einem Volumenstrom V‘, eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids, beispielsweise eines heißen, insb. zumindest zeitweise eine Temperatur von mehr als 200°C aufweisenden, und/oder zumindest zeitweise unter einem hohen Druck, insb. von mehr als 100 bar, stehenden Gases, gezeigt. Die Rohrleitung kann beispielsweise als Anlagenkomponente eines Wärmeversorgungsnetzes oder eines Turbinenkreislaufes ausgebildet, mithin kann das Fluid beispielsweise Dampf, insb. auch gesättigter Dampf oder überhitzter Dampf, oder beispielsweise auch ein aus einer Dampfleitung abgeführtes Kondensat sein. Fluid kann aber beispielsweise auch ein (komprimiertes) Erd- oder ein Biogas sein, mithin kann die Rohrleitung beispielsweise auch Komponente einer Erd- oder einer Biogasanlage oder einer Gasversorgungsnetzes sein.
Das Meßsystem weist einen - in Fig. 3 nochmals vergrößert dargestellten - Sensor 1 auf, der dafür vorgesehen bzw. ausgestaltet ist, Druckschwankungen im in einer (Haupt-)Strömungsrichtung am Sensor vorbei strömenden Fluid zu erfassen und in ein mit nämlichen Druckschwankungen korrespondierendes, beispielsweise elektrisches oder optisches, Sensorsignal s1 zu wandeln. Wie aus der Zusammenschau der Fig. 1 und 2 ersichtlich, umfaßt das Meßsystem desweiteren, eine - beispielsweise in einem druck- und/oder schlagfesten Schutzgehäuse 20 untergebrachte - Meß-Elektronik 2, die an den Sensor 1 angeschlossen ist bzw. im Betrieb des Meßsystems mit dem Sensor 1 kommuniziert. Die Meß-Elektronik 2 ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung dafür eingerichtet, das Sensorsignal s1 zu empfangen und zu verarbeiten, beispielsweise nämlich den wenigstens einen Strömungsparameters, beispielsweise also die Strömungsgeschwindigkeit v bzw. die Volumendurchflußrate V‘, repräsentierende Meßwerte XM ZU generieren. Die Meßwerte XM können beispielsweise vor Ort visualisiert und/oder - drahtgebunden via angeschlossenen Feldbus und/oder drahtlos per Funk - an ein elektronisches Datenverarbeitungssystem, etwa eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) und/oder einen Prozeßleitstand, übermittelt werden. Alternativ oder in Ergänzung kann die Meß-Elektronik 2 auch dazu dienen bzw. eingerichtet sein, ein, beispielsweise dem Erzeugen einer Verformungen des Verformungskörpers bewirkenden Kraft dienliches, elektrisches Treibersignal in das Wandlerelement einzuspeisen. Das Schutzgehäuse 20 für die Meß-Elektronik 2 wiederum kann beispielsweise aus einem Metall, etwa einem Edelstahl oder Aluminium, und/oder mittels eines Gießverfahrens, wie z.B. einem Feinguß- oder einem Druckgußverfahren (HPDC), hergestellt sein; es kann aber beispielsweise auch mittels eines in einem Spritzgießverfahren hergestellten Kunststoffformteils gebildet sein.
Der Sensor 1 umfaßt, wie auch in Fig. 3 dargestellt bzw. aus einer Zusammenschau der Fig. 2 und 3 ohne weiteres ersichtlich, einen, insb. membranartigen bzw. scheibenförmigen, Verformungskörper 111. Der Verformungskörper 111 weist ferner eine der ersten Oberfläche 111 + gegenüberliegende, beispielsweise zur ersten Oberfläche 111 + zumindest teilweise parallele, zweite Oberfläche 111# auf. Zudem kann der Sensor ferner eine eine linksseitige erste Seitenfläche und eine rechtsseitige zweite Seitenfläche aufweisende Sensorfahne 112 umfassen, die sich ausgehend von einer ersten Oberfläche 111+ des Verformungskörpers 111 bis zu einem distalen, nämlich vom Verformungskörper 111 bzw. dessen Oberfläche 111 + entfernten (freien) Ende erstreckt. Der Verformungskörper 111 und die vorbezeichnete Sensorfahne 112 können beispielsweise Bestandteile ein und desselben monolithischen Formteils sein, das beispielsweise gegossen oder durch ein generatives Verfahren, wie etwa 3D-Laserschmelzen, hergestellt ist; Verformungskörper und Sensorfahne können aber auch als zunächst voneinander getrennte bzw. erst nachträglich stoffschlüssig miteinander verbundene, beispielsweise nämlich miteinander verschweißte bzw. verlötete, Einzelteile ausgebildet, mithin aus entsprechend stoffschlüssig miteinander verbindbaren Materialien hergestellt sein. Der Verformungskörper 111 kann zumindest anteilig, beispielsweise nämlich überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, wie z.B. Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, wie z.B. X7 CrNiAl 17-7 (WsNr 1.4568, EN 10027-2:1992-09), bestehen. Ebenso kann auch die vorbezeichnete Sensorfahne 112 zumindest anteilig aus einem Metall, beispielsweisenämlich einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, bestehen und/oder können der Verformungskörper 111 und die Sensorfahne 112 aus dem gleichen Material hergestellt sein bzw. bestehen. Der Verformungskörper 111 und die Sensorfahne 112 sind zudem im besonderen dafür eingerichtet, zu Schwingungen um eine gemeinsame statischen Ruhelage angeregt zu werden, typischerweise nämlich erzwungene Schwingung außer Resonanz, derart, daß die Sensorfahne 112 den Verformungskörper 111 elastisch verformende Pendelbewegungen in einer - im wesentlichen quer zur vorbezeichneten Strömungsrichtung verlaufenden - Detektionsrichtung ausführt. Die Sensorfahne 112 weist dementsprechend eine Breite, gemessen als eine maximale Erstreckung in Richtung der Strömungsrichtung, auf die wesentlich größer ist als eine Dicke der Sensorfahne 112, gemessen als eine maximale seitlich Erstreckung in Richtung der Detektionsrichtung. Die Sensorfahne 112 kann zudem, wie bei derartigen Sensoren durchaus üblich, beispielsweise keilförmig oder auch als eine ebene Platte ausgebildet sein. Der erfindungsgemäße Sensor 1 weist ferner eine sich ausgehend von einem, beispielsweise kreisförmig, umlaufenden Randsegment der zweiten Oberfläche 111# des Verformungskörpers erstreckende, beispielswiese mit dem Verformungskörper elektrisch leitfähig verbundene und/oder aus Metall hergestellte, Anschlußhülse 113 auf. Nach einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Anschlußhülse 113 aus einem Material bzw. Metall hergestellt, das einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 16 - 10 ® K 1 und/oder nicht mehr als 17 - 10 ® K 1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten a1 aufweist.
Zum Erfassen von mechanischen Schwingungen des Verformungskörpers 111 (bzw. des Verformungskörpers 111 zusammen mit der Sensorfahne) weist der Sensor ferner wenigstens ein innerhalb der Anschlußhülse 113 angeordnetes, die Oberfläche 111+ des Verformungskörpers mit einer ersten Kontaktfläche kontaktierendes, insb. scheibenförmiges und/oder piezokeramisches, Wandlerelement 12 zum Generieren eines zeitlich ändernde, insb. zumindest zeitweise periodische, Bewegungen der Sensorfahne bzw. gleichermaßen zeitlich ändernde, insb. zumindest zeitweise periodische, Verformungen des Verformungskörpers 111 repräsentierenden elektrischen Sensorsignals, beispielsweise mit einer mit den vorbezeichneten Bewegungen korrespondierenden elektrischen (Wechsel-)Spannung, auf. Alternativ oder in Ergänzung kann das Wandlerelement 12 auch dazu dienen, eine Verformungen des Verformungskörpers 111 bewirkenden Kraft zu generieren (inverser Piezoeffekt), bzw. als, beispielsweise dem Anregen mechanischer Schwingungen des Verformungskörpers dienlicher, (piezoelektrischer) Aktor verwendet zu werden. Nach einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Wandlerelement 12 aus einem Material, beispielsweise nämlich einer beispielsweise aus einer Blei-Zirkonat-Titanat-(Piezo-)Keramik (PZT), hergestellt, das einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als -6 • 10 ® K 1 und/oder nicht mehr als 6 - 10 ® K 1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen a2 aufweist.
Wie bereits erwähnt, ist der Sensor 1 bzw. das damit gebildete Meßsystem im besonderen auch dafür vorgesehen, in solchen Anwendungen bzw. Meßstellen eingesetzt zu werden, bei denen im zu messende Fluid, beispielsweise aufgrund von kondensationsinduzierten Wasserschlägen (CIWH), kurzeitig extrem hohe hydrostatische, nämlich auf senkrecht gegen die Wandung 3* des Rohrs wirkende, mithin gleichermaßen gegen den Sensor wirkende Drücke von über 100 bar und/oder hohe (Fluid-)Temperaturen von über 200°C auftreten können, beispielsweise in Heißdampfanwendungen. Zum, insb. wiederlösbaren, Fixieren des Wandlerelements 12 in der Anschlußhülse 113 einerseits und zur Erzielung einer möglichst geringen Empfindlichkeit des Sensors auf Druckstöße und/oder Temperaturschwankungen bzw. zur Verringerung von aus solchen hohen Belastungen des Sensors resultierenden Meßfehlern bei der Messung des wenigstens einen Strömungsparameters mit dem mit nämlichem Sensor gebildeten Meßsystems anderseits umfaßt der erfindungsgemäße Sensor ferner innerhalb der Anschlußhülse 113 positionierte und damit, insb. wiederlösbar, mechanisch verbundene Befestigungsmittel 13. Beim erfindungsgemäßen Sensor umfassen die Befestigungsmittel 13 eine ein Außengewinde aufweisende (Innen-)Schraubhülse 132, beispielsweise aus einem Metall, sowie ein, beispielsweise monolithisches und/oder zylinderförmiges, Beilagelement 133, beispielsweise aus einem Metall bzw. demselben Material wie die Anschlußhülse 112. Zudem weist die Anschlußhülse 112 in einem vom Verformungskörper 111 entfernten distalen Ende ein Innengwinde (für die Schraubhülse 132) auf. Wie in Fig. 3 schematisch dargestellt weisen das Wandlerelement 12 eine, beispielsweise nicht weniger als 1 mm und/oder nicht mehr als 2 mm betragende, (erste) Dicke d12, gemessen bei einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung einer Normalen von dessen erster Kontaktfläche, und das Beilagelement 133 eine, beispielsweise nicht weniger als 0,5 mm und/oder nicht mehr als 10 mm betragende, (zweite) Dicke d131 , gemessen bei Raumtemperatur bzw. einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung der Normalen der ersten Kontaktfläche des Wandlerelements, auf.
Nach einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Beilagelement 133 als eine Unterlegscheibe, beispielsweise nämlich auch in Form einer Paßscheibe oder einer Abpaß- bzw. Distanzscheibe, ausgebildet und/oder aus einem Material, beispielsweise nämlich aus einem Metall, hergestellt, das von dem Material des Verformungskörpers verschieden ist und/oder das einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 20 • 10 ® K 1 und/oder nicht mehr als 30 • 10 ® K 1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen a3 aufweist. Alternativ oder in Ergänzung ist ferner vorgesehen, daß das Beilagelement 133 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, beispielsweise nämlich einer Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierungen (AIMgSi) bzw. einer Aluminium-Knetlegierung, insb. von der (genormten) Sorte EN AW-6061 (AIMglSiCu), EN AW-6082, EN AW-7075 oder EN AW-5052.
Die (Innen-)Schraubhülse 132 ist ferner unter Bildung eines Widerlagers für das Beilagelement 133 in das Innengwinde der Anschlußhülse 112 eingeschraubt und das Beilagelement 131 ist zwischen (Innen-)Schraubhülse 132 und Wandlerelement 12 positioniert. Zudem ist die (Innen-)Schraubhülse soweit in die Anschlußhülse 112 eingeschraubt, daß das zumindest das Beilagelement 131 (im eingebauten Zustand) unter Ausübung einer das Wandlerement 12 gegen den Verformungskörper 111 gedrückt haltende Anpreßkraft elastisch verformt ist, wodurch auch zwischen Wandlerement 12 und Verformungskörper 111 eine kraftschlüssige Verbindung gebildet ist; dies im besonderen in der Weise, daß eine zwischen Beilagelement 131 und Wandlerelement 12 bzw. zwischen Wandlerelement 12 und Verformungskörper 111 wirkende minimale Flächenpressung zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs mehr als 1 MPa, insb. mehr 3 MPa, beträgt und/oder daß eine zwischen Beilagelement 131 und Wandlerelement 12 bzw. zwischen Wandlerelement 12 und Verformungskörper 111 wirkende maximale Flächenpressung zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs weniger als 20 MPa, insb. weniger als 15 MPa, beträgt. Die erforderliche (nominelle) Anpreßkraft bzw. (nominelle) Flächenpressung kann während der Montage des Sensors beispielsweise mittels eines entsprechend programmierten Schraubwerkzeug, etwa einem programmierbaren elektronischen Drehmoment- und/oder Drehwinkelschlüssel, exakt eingestellt werden. Nicht zuletzt zwecks Erzielung einer möglichst präzise eingestellten bzw. eingestellt bleibenden Flächenpressung auch über einen weiten, beispielsweise nämlich zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereich, sind nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Wandlerelement 12 und das Beilagelement 133 so ausgebildet, daß ein Ausdehnungsdifferenzen-Verhältnis Aoc21/Aoc31 (des Sensors), gemessen als ein Verhältnis einer Differenz zwischen dem vorbezeichneten (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten a2 (des Materials) des Wandlerelements 12 und einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten a1 (des Materials) der Anschlußhülse 113 zu einer Differenz zwischen einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten a3 (des Materials) des Beilagelements 133 und dem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten a1 (des Materials) der Anschlußhülse 113, insb. zumindest innerhalb des vorbezeichneten zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs, eine von einem (Feinabstimmungs-)Parameter k1 abhängige Bedingung:
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erfüllt, wobei der (Feinabstimmungs-)Parameter k1 nicht kleiner als 0,5 und nicht größer als 1 ,5, beispielsweise auch größer als 0,7 und/oder auch kleiner als 1 ,2, ist. Vorteilhaft kann es ferner sein, die Dicke d s und die Dicke di 2 so zu wählen, daß ein (Dicken-)Verhältnis di 33/di2 (der Dicke d s des Beilagelements 133 zur Dicke di2 des Wandlerelements 12) mehr als 0,5 und weniger als 7, beispielsweise auch nicht weniger als 2 und/oder nicht mehr als 4, beträgt.
Um ein seitliches Verschieben des Wandlerelements 12 in Einbaulage relativ zum Verformungskörper 111 bzw. zur Anschlußhülse 113 zu unterbinden, können die Anschlußhülse 113 und das Wandlerelement 12 vorteilhaft zudem so ausgebildet sein, daß ein Innendurchmesser der Anschlußhülse 113 im Bereich der Einbauposition des Wandlerelements im wesentlichen einem damit korrespondierenden Außendurchmesser des Wandlerelements 12 entspricht, beispielsweise nämlich lediglich um einen ein Positionieren Wandlerelements 12 auf dem Verformungskörper 111 gerade noch ermöglichenden Betrag größer ist. Um das Positionieren des Wandlerelements 12 zu erleichtern, kann die Anschlußhülse 113 ferner so ausgebildet sein, daß sie in einem Bereich oberhalb des (in Einbaulage positionierten) Wandlerelements 12 einen (kleinsten) Innendurchmesser aufweist, der - beispielsweise um mehr als 1 mm - größer ist, als ein (größter) Außendurchmesser des Wandlerelements 12. Alternativ oder in Ergänzung können die Befestigungsmittel, nicht zuletzt zwecks Vereinfachung der Montage und/oder zwecks Ausgleichens allfälliger fertigungsbedingter Toleranzen der Schraubhülse und/oder des Beilgaelements ferner eine Kugelscheibe 134 umfassen, die (in Einbaulage) zwischen der (Innen-)Schraubhülse und dem Beilagelement 133 positioniert ist. Die, beispielsweise ringförmige, Kugelscheibe 134 kann vorteilhaft zumindest anteilig, beispielsweise nämlich auch überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, insb. einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, und/oder aus einem Material, das einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 16 • 10 ® K 1 und/oder nicht mehr als 17 • 10 ® K 1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen a4 aufweist, bestehen. Zudem kann der (lineare) Wärmeausdehnungskoeffizient a4 (des Materials) der Kugelscheibe vorteilhaft auch so gewählt sein, daß er vom vorbezeichneten (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten a1 (des Materials) der Anschlußhülse 113 zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs um weniger als 2 - 10 ® K 1 und/oder um weniger als 10% des Wärmeausdehnungskoeffizientens a1 (des Materials) der Anschlußhülse 113 abweicht.
Um die richtige Ausrichtung des Wandlerelements 12 in Einbaulage, nicht zuletzt auch hinsichtlich einer elektrischen Polarisierung der das Wandlerelements 12 bildenden Keramik bzw. einer korrekten Lage positiv (+) bzw. negativ (-) polarisierter Teilbereiche des Wandlerelements 12, einfach sicherzustellen können das Wandlerelement 12 und die Anschlußhülse 113 ferner so geformt sein, daß das Wandlerelement 12 und die Anschlußhülse 113 zueinander komplementäre, gleichwohl eine fehlerhafte Einbaulage des Wandlerelements verhindernde Außen- bzw. Innenkonturen aufweisen, beispielsweise derart, daß, wie in Fig. 4a und 4b jeweils dargestellt bzw. aus deren Zusammenschau ersichtlich, das Wandlerelement 12 eine Außenkontur mit einem oder mehreren geraden Abschnitten 12a aufweist und daß die Anschlußhülse 113 eine Innenkontur mit mit den vorbezeichneten geraden Abschnitten des Wandlerelements 12 entsprechend korrespondierenden geraden Abschnitten aufweist.
Durch die Verwendung solcher mittels der (Innen-)Schraubhülse 132 und des Beilagelement 133 gebildeten Befestigungsmittel wird es u.a. auch ermöglicht, das Wandlerelement 12 auf dem Verformungskörper 111 zu fixieren, ohne daß das Wandlerelement 12 und der Verformungskörper 111 stoffschlüssig miteinander verbunden sind bzw. sein müssen, mithin kann beispielsweise auch auf die Verwendung von Klebstoffen bzw. Loten zur Verbindung von Wandlerelement 12 und Verformungskörper 111 verzichtet werden. Gleichermaßen können auch das Beilagelement 133 und das Wandlerelement 12 nicht stoffschlüssig, nämlich unter Vermeidung eines Beilagelement 133 und Wandlerelement aneinanderbindenden Stoffschlusses miteinander verbunden sein, mithin kann auch hier auf die Verwendung von Klebstoffen bzw. Loten entsprechend verzichtet werden. Anderseits ermöglicht es die erfindungsgemäße Verwendung des Beilagelements 133 aber auch ohne weiteres, zwischen Wandlerelement 12 und Verformungskörper 111 eine dem Herbeiführen einer elektrisch gut leitfähigen Verbindung zwischen Wandlerelement 12 und Verformungskörper 111 und/oder zum Herbeiführen eines möglichst gleichmäßigen mechanischen Kontakts zwischen Wandlerelement 12 und Verformungskörper 111 dienliche Metallfolie, beispielsweise nämlich eine Silberfolie, zu positionieren. Darüberhinaus ist es zudem auch ohne weiteres möglich, zwischen Wandlerelement 12 und Beilagelement 131 weitere Elemente der Befestigungsmittel 13 zu platzieren, beispielsweise nämlich eine oder mehrere elektrisch isolierende, ggf. auch als Kontaktscheibe bzw. (flexible) Leiterplatte ausgebildete Isolierscheiben (135). Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Befestigungsmittel dementsprechend wenigstens eine, beispielsweise ringförmige und/oder mittels einer flexibler Leiterplatte gebildete, Isolierscheibe 135, beispielsweise aus einer Keramik und/oder einem Kunststoff und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden T emperaturbereichs nicht weniger als 30 • 10 ® K 1 und/oder nicht mehr als 50 • 10 ® K 1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen a5 aufweisenden Material, die zwischen Wandlerelement 12 und Beilagelement 133 positioniert ist. Vorteilhaft kann die Isolierscheibe 135 ferner zumindest anteilig, beispielsweise auch überwiegend oder vollständig, aus einem, insb. hochtemperaturbeständigen und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 20 • 10 ® K 1 und/oder nicht mehr als 40 • 10 ® K'1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen a5 aufweisenden, Kunststoff bestehen, beispielsweise einem Polyimid, insb. Kapton, bzw. einem Kunststoff mit einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizient a5, der vom (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten a2 (des Materials des Beilagelements 133) zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs um weniger als 20 • 10 ® K 1 und/oder um weniger als 50% des (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientens a2 abweicht, und/oder kann die Isolierscheibe 135, nicht zuletzt auch für den vorbeschrieben Fall, daß die Isolierscheibe aus Polyimid, insb. nämlich Kapton, hergestellt ist, eine nicht weniger als 0,05 mm und/oder nicht mehr als 0,5 mm betragende (dritte) Dicke d3, gemessen bei einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung der Normalen der vorbezeichneten ersten Kontaktfläche des Wandlerelements 12, aufweisen, mithin auch als eine (Polyimid-)Folie ausgebildet sein. Alternativ oder in Ergänzung kann die Isolierscheibe 135 darauf positionierten elektrisch leitfähige Leiterbahnen aufweisen und/oder an elektrische Verbindungsleitung 14 elektrisch leitend angeschlossen sein und kann die Isolierscheibe 135 so positioniert sein, daß sie in Einbaulage eine der vorbezeichneten ersten Kontaktfläche des Wandlerelements 12 gegenüberliegende zweite Kontaktfläche des Wandlerelements 12 elektrisch leitend kontaktiert.
Nach einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Meßsystem ferner ein in der Verlauf der vorbezeichneten Rohrleitung einsetzbares Rohr 3 mit einem von einer - beispielsweise metallischen - Wandung 3* des Rohrs umhüllten Lumen 3‘, das sich von einem Einlaßende 3+ bis zu einem Auslaßende 3# erstreckt und das dafür eingerichtet ist, das in der Rohrleitung strömende Fluid zu führen. Der Sensor 1 ist zudem in nämliches Rohr eingesetzt, derart, daß die erste Oberfläche des Verformungskörpers 111 dem Lumen 3‘ des Rohrs zugewandt ist, mithin die Sensorfahne in nämliches Lumen hineinragt. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist am Einlaßende 3+ wie auch am Auslaßende 3# ferner jeweils ein dem Herstellen einer Leckage freien Flanschverbindung mit jeweils einem korrespondierenden Flansch an einem ein- bzw. auslaßseitig Leitunsgsegment der Rohrleitung dienender Flansch vorgesehen. Desweiteren kann das Rohr 3, wie in Fig. 1 oder 2 dargestellt, im wesentlichen gerade, beispielsweise nämlich als Hohlzylinder mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet sein, derart, daß das Rohr 3 eine das Einlaßende 3+ und das Auslaßende 3# imaginär verbindende gedachte gerade Längsachse L aufweist. Der Sensor 1 ist im in Fig. 1 bzw. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel von außen durch eine in der Wandung eingeformte Öffnung 3“ hindurch in das Lumen des Rohrs eingeführt und im Bereich nämlicher Öffnung - beispielsweise auch wieder lösbar - von außen an der Wandung 3* fixiert, und zwar so, daß die Oberfläche 111+ des Verformungskörpers 111 dem Lumen 3‘ des Rohrs 3 zugewandt ist, mithin die Sensorfahne 112 in nämliches Lumen hineinragt. Insbesondere ist der Sensor 1 so in die Öffnung 3“eingesetzt, daß der Verformungskörper 111 die Öffnung 3“ überdeckt bzw. hermetisch verschließt. Nämliche Öffnung kann beispielsweise so ausgebildet sein, daß sie- wie bei Meßsystemen der in Rede stehenden Art durchaus üblich - einen (Innen-)Durchmesser aufweist, der in einem Bereich zwischen 10 mm und ca. 50 mm liegt. Nach einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in der der Öffnung 3“ eine dem Haltern des Verformungskörpers 111 bzw. des damit gebildeten Sensors 1 an der Wandung 3* dienende Fassung 3a ausgebildet. Der Sensor 1 kann hierbei beispielsweise durch stoffschlüssiges Verbinden, insb. nämlich durch Verschweißen oder Verlöten, von Verformungskörper 111 und Wandung 3* am Rohr 3 fixiert sein; er kann aber beispielsweise auch mit dem Rohr 3 lösbar verbundenen, beispielsweise nämlich ver- bzw. angeschraubt sein. In der Fassung 3a kann ferner wenigstens eine, beispielsweise auch umlaufende bzw. kreisringartige, Dichtfläche ausgebildet sein, die dafür eingerichtet ist, im Zusammenspiel mit dem Verformungskörper 111 und einem ggf. vorgesehenen, beispielsweise ringförmige oder ringscheibenförmige, Dichtelement die Öffnung 3“ entsprechend abzudichten. Nach einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der Sensor 1 und das Rohr 3 ferner so dimensioniert, daß eine Länge der Sensorfahne 112, gemessen als minimaler Abstand zwischen einem proximalen, nämlich an den Verformungskörper 111 grenzenden Ende der Sensorfahne 112 bis zum distalen Ende der Sensorfahne 112 mehr als einer Hälfte eines Kalibers DN des Rohrs 3 bzw. weniger als 95% nämlichen Kalibers DN entspricht. Die Länge der Sensorfahne 112 kann beispielsweise - wie bei vergleichsweise kleinem Kaliber von weniger als 50 mm durchaus üblich - auch so gewählt sein, daß nämliches distales Ende der Sensorfahne 112 nur noch einen sehr geringen minimalen Abstand zur Wandung 3* des Rohrs 3 aufweist. Bei Rohren mit vergleichsweise großem Kaliber von 50 mm oder mehr kann die Sensorfahne 112 - wie bei Meßsystemen der in Rede stehenden Art durchaus üblich bzw. wie auch aus der Fig. 2 ersichtlich - beispielsweise auch deutlich kürzer ausgebildet sein, als eine Hälfte eines Kalibers des Rohrs 3. Im in Fig. 1 bzw. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Meßsystem speziell als ein Wirbel- Durchflußmeßgrät mit einem im Lumen des Rohrs 3 - hier nämlich stromaufwärts des Sensors 1 , nämlich in (Haupt-)Strömungsrichtung gesehen vor dem Sensor - angeordneten, dem Bewirken einer Kärmänsche Wirbelstrasse im strömenden Fluid dienenden Stauköper 4 ausgebildet. Sensor und Staukörper sind hierbei im besonderen so dimensioniert und angeordnet, daß die
Sensorfahne 112 in einem solchen Bereich in das Lumen 3* des Rohrs bzw. das darin geführte Fluid hineinragt, der im Betrieb des Meßsystems regelmäßig von einer (stationär ausgebildeten) Kärmänschen Wirbelstrasse eingenommen wird, so daß die mittels des Sensors 1 erfaßten Druckschwankungen durch am Staukörper 4 mit einer Ablöserate (~ 1/fvtx) abgelöste Wirbel verursachte periodische Druckschwankungen sind und das Sensorsignal s1 eine mit der Ablöserate nämlicher Wirbel korrespondierende Signalfrequenz (~ fvtx) aufweist. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Wirbel-Durchflußmeßgrät zudem als ein Meßsystem in Kompaktbauweise ausgebildet, bei dem die Meß-Elektronik 2 in einem - beispielsweise mittels eines halsförmigen Anschlußstutzen 30 - am Rohr gehalterten Schutzgehäuse 20 untergebracht ist.
Zum Kompensieren von aus allfälligen Bewegungen des Sensors - etwa infolge von Vibration der vorbezeichneten, an das Rohr angeschlossenen Rohrleitung - resultierenden Kräften und/oder Momenten bzw. zum Vermeiden von daraus resultierenden unerwünschten, nämlich das Sensorsignal s1 verfälschenden Bewegungen der Sensorfahne bzw. des Verformungskörpers 111 weist der Sensor 1 nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ferner einen sich ausgehend von der zweiten Oberfläche 111# des Verformungskörpers 111 erstreckenden, beispielsweise stab-, platten- oder hülsenförmigen, Ausgleichskörper 114 auf. Der Ausgleichskörper 114 kann beispielsweise aus dem gleichen Material bestehen, wie der Verformungskörper und/oder wie die Sensorfahne, beispielsweise einem Metall. Beispielsweise kann der Ausgleichskörper 114 nämlich aus einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung hergestellt sein. Nach einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Verformungskörper 111 und Ausgleichskörper 114 stoffschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschweißt bzw. verlötet, mithin ist vorgesehen, Ausgleichskörper 114 und Verformungskörper 111 aus entsprechend stoffschlüssig miteinander verbindbaren Materialien herzustellen. Alternativ können Verformungskörper 111 und Ausgleichskörper 114 aber auch Bestandteile ein und desselben monolithischen Formteils sein, beispielsweise auch derart, daß Sensorfahne 111 , Verformungskörper 112 und Ausgleichskörper 114 Bestandteile nämlichen Formteils sind. Sensorfahne 112 und Ausgleichskörper 114 können desweiteren - wie auch aus einer Zusammenschau der Fig. 3c und 3d ersichtlich - zueinander fluchtend angeordnet sein, derart, daß eine Trägheitshauptachse der Sensorfahne 112 in Verlängerung mit einer Trägheitshauptachse des Ausgleichskörpers 114 ko i nzidiert. Alternativ oder in Ergänzung können der Ausgleichskörper 114 und der Verformungskörper 111 zudem so positioniert und zueinander ausgerichtet sein, daß eine Trägheitshauptachse des Verformungskörpers 111 in Verlängerung mit einer Trägheitshauptachse des Ausgleichskörpers 114 koinzidiert. Nach einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der der Ausgleichskörper 114 und das Beilagelement 133 zudem so ausgestaltet und angeordnet, daß sich der Ausgleichskörper 114 durch das Beilagelement 133 hindurch erstreckt, beispielsweise auch derart, daß eine Trägheitshauptachse, beispielsweise nämlich eine Längsachse, des Ausgleichskörpers und eine Trägheitshauptachse, beispielsweise nämlich eine Längsachse, des Beilagelements zueinander parallel verlaufen, insb. nämlich koinzident sind, und/oder derart, daß Beilagelement und Ausgleichskörper einander nicht kontaktieren.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Sensor, insb. Sensor zum Erfassen von Druckschwankungen in einem Fluid, welcher Sensor umfaßt:
- einen zumindest abschnittsweise flachen, insb. membranartigen bzw. scheibenförmigen, Verformungskörper (111), insb. aus einem Metall, mit einer ebenen ersten Oberfläche (111 +) und einer gegenüberliegenden ebenen zweiten Oberfläche (111#);
- einen sich ausgehend vom Verformungskörper erstreckende, insb. damit elektrisch leitfähig verbundene, Anschlußhülse (113), insb. aus einem Metall und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 16 • 10 ® K 1 und/oder nicht mehr als 17 • 10 ® K 1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten a1 aufweisenden Material;
- ein innerhalb der Anschlußhülse (113) angeordnetes, die zweite Oberfläche (111 +) des Verformungskörpers mit einer ersten Kontaktfläche, insb. elektrisch leitend, kontaktierendes scheibenförmiges, piezokeramisches Wandlerelement (12), insb. aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als -6 • 10 ® K'1 und/oder nicht mehr als 6 - 10 ® K 1 betragenden
(linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen a2 aufweisenden Material, zum Generieren eines zeitlich ändernde, insb. zumindest zeitweise periodische, Verformungen des Verformungskörpers repräsentierenden elektrischen Sensorsignals und/oder zum Erzeugen einer Verformungen des Verformungskörpers bewirkenden Kraft;
- sowie innerhalb der Anschlußhülse (113) positionierte und damit zumindest teilweise, insb. wiederlösbar, mechanisch verbundene Befestigungsmittel zum, insb. wiederlösbaren, Fixieren des Wandlerelements (12) in der Anschlußhülse (113);
- wobei die Anschlußhülse in einem vom Verformungskörper (111) entfernten distalen Ende ein Innengwinde aufweist; - wobei die Befestigungsmittel (13)
- eine ein Außengewinde aufweisende (Innen-)Schraubhülse (132)
- sowie ein zylinderförmiges, insb. monolithisches und/oder scheibenförmiges und/oder metallisches, Beilagelement (133), insb. aus einem Metall und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 20 • 10 ® K 1 und/oder nicht mehr als 30 • 10 ® K 1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen a3 aufweisenden Material aufweisen;
- und wobei die (Innen-)Schraubhülse (132) in das Innengwinde eingeschraubt und das Beilagelement (133) zwischen (Innen-)Schraubhülse und Wandlerelement positioniert ist, derart daß mittels der (Innen-)Schraubhülse ein Widerlager für das Beilagelement gebildet und zumindest das Beilageelement unter Ausübung einer das Wandlerement gegen den Verformungskörper gedrückt haltende Anpreßkraft bzw. unter Bildung zumindest eines Wandlerement und Verformungskörper miteinander verbindenden Kraftschlusses elastisch verformt ist, insb. derart, daß eine zwischen Beilagelement und Wandlerelement bzw. zwischen Wandlerelement und Verformungskörper wirkende minimale Flächenpressung mehr als 1 MPa beträgt und/oder eine zwischen Beilagelement und Wandlerelement bzw. zwischen Wandlerelement und Verformungskörper wirkende maximale Flächenpressung weniger als
20 MPa beträgt und/oder derart, daß zwischen Wandlerement und Verformungskörper eine kraftschlüssige Verbindung gebildet ist.
2. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche,
- wobei eine zwischen Beilageelement und Wandlerelement bzw. zwischen Wandlerelement und Verformungskörper wirkende minimale Flächenpressung, insb. bei einer oberhalb von -50°C und unterhalb von 250°C liegenden Temperatur, mehr als 1 MPa, insb. mehr als 3 MPa, beträgt; und/oder
- wobei eine zwischen Beilageelement und Wandlerelement (12) bzw. zwischen Wandlerelement und Verformungskörper wirkende maximale Flächenpressung, insb. bei einer oberhalb von -50°C und unterhalb von 250°C liegenden Temperatur, weniger als 20 MPa, insb. weniger als 15 MPa, beträgt.
3. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Beilagelement aus einer Aluminiumlegierung, insb. einer Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierungen (AIMgSi) bzw. einer Aluminium-Knetlegierung von der (genormten) Sorte EN AW-6061 (AIMgl SiCu), EN AW-6082,
EN AW-7075 oder EN AW-5052, besteht.
4. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche,
- wobei das Beilagelement (133) aus einem Metall, insb. Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, besteht; und/oder
- wobei der Verformungskörper zumindest anteilig, insb. überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, insb. einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht; und/oder
- wobei die Anschlußhülse (113) zumindest anteilig, insb. überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, insb. einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht; und/oder
- wobei das Beilagelement (133) und der Verformungskörper aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
5. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche,
- wobei das Wandlerelement (12) eine, insb. nicht weniger als 0,5 mm und/oder nicht mehr als 2 mm betragende, (erste) Dicke di2, gemessen bei einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung einer Normalen von dessen erster Kontaktfläche, und das Beilagelement (133) eine, insb. nicht weniger als 1 mm und/oder nicht mehr als 10 mm betragende, (zweite) Dicke di33, gemessen bei einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung der Normalen der ersten Kontaktfläche des Wandlerelements, aufweisen;
- und wobei das Wandlerelement und das Beilagelement so ausgebildet sind, daß ein Ausdehnungsdifferenzen-Verhältnis A0C21/A0C31 (des Sensors), gemessen als ein Verhältnis einer Differenz zwischen einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten a.2 (des Materials) des Wandlerelements (12) und einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten ai (des Materials) der Anschlußhülse (113) zu einer Differenz zwischen einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten </.3 (des Materials) des Beilagelements (133) und dem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten a1 (des Materials) der Anschlußhülse (113), insb. zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs, eine von einem (Feinabstimmungs-)Parameter ki abhängige Bedingung:
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erfüllt, wobei der (Feinabstimmungs-)Parameter ki nicht kleiner als 0,5 und nicht größer als 1 ,5, insb. größer als 0,7 und/oder kleiner als 1 ,2, ist.
6. Sensor nach dem vorherigen Anspruch, wobei ein (Dicken-)Verhältnis diss/di 2 der Dicke di33 des Beilagelements (133) zur Dicke di2 des Wandlerelements (12) mehr als 0,5 und weniger als 7, insb. nicht weniger als 2 und/oder nicht mehr als 4, beträgt.
7. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche,
- wobei die Befestigungsmittel eine, insb. ringförmige, Kugelscheibe (134), insb. aus einem Metall und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 16 • 10 ® K 1 und/oder nicht mehr als 17 • 10 ® K 1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen a4 aufweisenden Material, umfassen;
- und wobei die Kugelscheibe (134) zwischen Schraubhülse (132) und Beilagelement (133) positioniert ist.
8. Sensor nach dem vorherigen Anspruch,
- wobei die Kugelscheibe (134) zumindest anteilig, insb. überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, insb. einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht; und/oder
- wobei ein (linearer) Wärmeausdehnungskoeffizienten a4 (des Materials) der Kugelscheibe von einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten a1 (des Materials) der Anschlußhülse (1 13) zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs um weniger als 2 - 10 ® K'1 und/oder um weniger als 10% des Wärmeausdehnungskoeffizientens a1 (des Materials) der Anschlußhülse (1 13) abweicht.
9. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche,
- wobei das Wandlerelement (12) und der Verformungskörper (1 1 1 ) nicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind; und/oder
- wobei das Wandlerelement (12) und das Beilagelement (133) nicht stoffschlüssig miteinander verbunden sind; und/oder
- wobei das Wandlerelement (12) den Verformungskörper (1 1 1) und/oder die Anschlußhülse (1 13) elektrisch leitend kontaktiert.
10. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche,
- wobei die Befestigungsmittel eine, insb. ringförmige, Isolierscheibe (135), insb. aus einer Keramik und/oder einem Kunststoff und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 30 • 10 ® K 1 und/oder nicht mehr als 50 • 10 ® K'1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen a5 aufweisenden Material, umfassen;
- und wobei die Isolierscheibe (135) zwischen Wandlerelement (12) und Beilagelement (133) positioniert ist.
11 . Sensor nach dem vorherigen Anspruch,
- wobei die Isolierscheibe (135) zumindest anteilig, insb. überwiegend oder vollständig, aus einem, insb. hochtemperaturbeständigen und/oder aus einem einen zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs nicht weniger als 20 • 10 ® K 1 und/oder nicht mehr als 40 • 10 ® K 1 betragenden (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientenen a5 aufweisenden, Kunststoff, insb. einem Polyimid (Kapton), besteht; und/oder
- wobei ein (linearer) Wärmeausdehnungskoeffizienten a5 (des Materials) der Isolierscheibe von einem (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizienten a2 (des Materials) des Beilagelements (133) zumindest innerhalb eines zwischen -10°C und 250°C liegenden Temperaturbereichs um weniger als 20 • 10 ® K 1 und/oder um weniger als 50% des (linearen) Wärmeausdehnungskoeffizientens a2 (des Materials) des Beilagelements (133) abweicht; und/oder
- wobei die Isolierscheibe (135) eine (dritte) Dicke d3, gemessen bei einer Temperatur von 20°C als maximale Ausdehnung in Richtung der Normalen der ersten Kontaktfläche des Wandlerelements (12), aufweist, welche Dicke d3 nicht weniger als 0,05 mm und/oder nicht mehr als 0,5 mm beträgt.
12. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend: eine sich ausgehend von der ersten Oberfläche (111+) des Verformungskörpers erstreckende, insb. stabförmigen oder plattenförmige oder keilförmige, Sensorfahne (112).
13. Sensor nach dem vorherigen Anspruch,
- wobei Verformungskörper und Sensorfahne stoffschlüssig miteinander verbunden, insb. nämlich miteinander verschweißt bzw. verlötet, sind; und/oder
- wobei Verformungskörper und Sensorfahne, insb. Anschlußhülse (113), Verformungskörper und Sensorfahne, Bestandteile ein und desselben monolithischen Formteils sind; und/oder
- wobei die Sensorfahne zumindest anteilig, insb. überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, insb. einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht; und/oder
- wobei Verformungskörper und Sensorfahne, insb. Anschlußhülse (113), Verformungskörper und Sensorfahne, aus einem gleichen Material bestehen; und/oder
- wobei das elektrische Sensorsignal (des Wandlerelements) zeitlich ändernde, insb. zumindest zeitweise periodische, Bewegungen der Sensorfahne repräsentiert.
14. Sensor nach einem Ansprüche 12 bis 13, weiters umfassend: einen sich ausgehend von der zweiten Oberfläche des Verformungskörpers erstreckenden, insb. stabförmigen oder plattenförmigen oder hülsenförmigen, Ausgleichskörper zum Kompensieren von aus gemeinsamen Bewegungen von Verformungskörper und Sensorfahne resultierenden Kräften und/oder Momenten.
15. Sensor nach dem vorherigen Anspruch,
- wobei sich der Ausgleichskörper durch das Beilagelement hindurch erstreckt, insb. derart, daß eine Trägheitshauptachse (insb. nämlich eine Längsachse) des Ausgleichskörpers und eine Trägheitshauptachse (insb. nämlich eine Längsachse) des Beilagelement s zueinander parallel verlaufen, insb. nämlich koinzident sind, und/oder derart, daß Beilagelement und Ausgleichskörper einander nicht kontaktieren; und/oder
- wobei Verformungskörper und Ausgleichskörper stoffschlüssig miteinander verbunden, insb. nämlich miteinander verschweißt bzw. verlötet, sind; und/oder
- wobei Sensorfahne und Ausgleichskörper zueinander fluchtend angeordnet sind; und/oder
- wobei der Ausgleichskörper und der Verformungskörper so positioniert und zueinander ausgerichtet sind, daß eine Trägheitshauptachse des Verformungskörpers in Verlängerung parallel zu einer Trägheitshauptachse des Ausgleichskörpers verläuft, insb. nämlich damit koinzidiert; und/oder
- wobei Verformungskörper und Ausgleichskörper Bestandteile ein und desselben monolithischen Formteils sind, insb. derart, daß Sensorfahne, Verformungskörper und Ausgleichskörper und/oder daß Anschlußhülse, Verformungskörper und Ausgleichskörper Bestandteile nämlichen Formteils sind; und/oder
- wobei der Ausgleichskörper zumindest anteilige, insb. überwiegend oder vollständig, aus einem Metall, insb. einem Edelstahl bzw. einer Nickelbasislegierung, besteht; und/oder
- wobei Verformungskörper und Ausgleichskörper aus einem gleichen Material bestehen, insb. derart, daß Sensorfahne, Verformungskörper und Ausgleichskörper und/oder daß Anschlußhülse, Verformungskörper und Ausgleichskörper aus dem gleichen Material bestehen.
16. Meßsystem zum Messen wenigstens eines, insb. zeitlich veränderlichen, Strömungsparameters, insb. einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Volumendurchflußrate, eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids, welches Meßsystem umfaßt:
- einen Sensor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, insb. zum Erfassen von Druckschwankungen im strömenden Fluid;
- sowie eine an das Wandlerelement des Sensors elektrisch angeschlossene Meß-Elektronik (2), die dafür eingerichtet ist, das Sensorsignal vom Sensor zu empfangen und zu verarbeiten, insb. nämlich den wenigstens einen Strömungsparameter repräsentierende Meßwerte (XM) ZU generieren, und/oder ein, insb. dem Erzeugen einer Verformungen des Verformungskörpers bewirkenden Kraft dienliches, elektrisches Treibersignal in das Wandlerelement einzuspeisen.
17. Meßsystem nach dem vorherigen Anspruch, weiters umfassend: ein in den Verlauf nämlicher Rohrleitung einsetzbares Rohr (3) mit einem Lumen (3‘), das dafür eingerichtet ist, das in der Rohrleitung strömende Fluid zu führen, wobei der Sensor (1) in nämliches Rohr eingesetzt ist, derart, daß die erste Oberfläche des Verformungskörpers (111) dem Lumen (3‘) des Rohrs zugewandt ist und daß die Sensorfahne in nämliches Lumen hineinragt.
18. Meßsystem nach Anspruch 16, weiters umfassend: ein in den Verlauf nämlicher Rohrleitung einsetzbares Rohr (3) mit einem Lumen (3‘), das dafür eingerichtet ist, das in der Rohrleitung strömende Fluid zu führen,
- wobei in der Wandung des Rohrs (3) eine, insb. eine dem Haltern des Verformungskörpers (111) an der Wandung dienende Fassung (3a) aufweisende, Öffnung (3“) ausgebildet ist,
- und wobei der Sensor (1) in nämliche Öffnung (3“) eingesetzt ist, derart, daß der Verformungskörper (111) die Öffnung (20‘) überdeckt, insb. nämlich hermetisch verschließt und/oder daß die erste Oberfläche des Verformungskörpers (111) dem Lumen (3‘) des Rohrs zugewandt ist.
19. Meßsystem nach dem vorherigen Anspruch, umfassend einen Sensor nach einem der Ansprüche 14 bis 15,
- wobei die Sensorfahne in das Lumen des Rohrs hineinragt
- und wobei die Sensorfahne (112) eine Länge, gemessen als minimaler Abstand zwischen einem proximalen, nämlich an den Verformungskörper (111) grenzenden Ende der Sensorfahne (112) bis zu einem distalen, nämlich vom Verformungskörper (111) bzw. dessen Oberfläche (111 +) entfernten Ende der Sensorfahne (112) aufweist, welche Länge weniger als 95% eines Kalibers (DN) des Rohrs (3) und/oder mehr als einer Hälfte nämlichen Kalibers (DN) entspricht.
20. Meßsystem nach einem der Ansprüche 16 bis 20, weiters umfassend: einen im Lumen des Rohrs (3), insb. stromaufwärts, nämlich in (Haupt-)Strömungsrichtung vor dem Sensor, angeordneten Stauköper (4), der dafür eingerichtet ist, im strömendem Fluid eine Kärmänsche Wirbelstrasse zu bewirken.
21 . Meßsystem nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Sensor für eine Erfassung von durch eine innerhalb des strömenden Fluids etablierten Kärmänschen Wirbelstrasse verursachte Druckschwankungen geeignet angeordnet ist.
22. Verwenden eines Meßsystems nach einem der Ansprüchen 16 bis 21 zum Messen eines Strömungsparameters - insb. nämlich einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Volumendurchflußrate und/oder einer Massendurchflußrate - eines in einer Rohrleitung strömenden, insb. zumindest zeitweise eine T emperatur von mehr als 200°C und/oder zumindest zeitweise mit einem Druck von mehr als 100 bar auf den Verformungskörper und/oder die Sensorfahne des Sensors wirkenden, Fluids, insb. einem Dampf.
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