管组件及方法

背景

1.本公开的领域

本发明大体上涉及管连接件，更具体地说，本发明涉及将流量 测量管连接到底座部件上。

2.相关技术领域的描述

流体流量的测量和控制在加工工业中十分重要。许多制造过程 在流体传输方面需要非常高的精度以及可重复性，因此需要工艺流 体的质量流率得到精确测量和控制。已知有各种技术用于测量质量 流量。例如，基于科里奥利力效应的质量流量测量提供了质量流量 的直接测量方法。在典型科里奥利力流量传感器中，使流体流从中 通过的流量传感器管发生振动。该管通常是一个或多个回路的形式。 回路的形状使得质量流量的矢量在回路中的不同部分而定向在相反 方向上。管中的回路可以为例如“U”形、矩形、三角形或“△”形， 或者螺旋状。在特殊的直管情形下，具有两个与管中定位点相一致 的同时产生的角速度矢量，而质量流量矢量却处于单一方向上。

角速度矢量改变方向，这是因为在振动系统中的旋转方向发生 改变。结果是，在任意给定的时间内，科里奥利力在相反方向上起 作用，其中质量流量矢量或者角速度矢量指向相反的方向。由于角 速度矢量因振动系统而不断地变化，因此科里奥利力也同样不断地 改变。结果，在管振荡运动的顶部施加了动态的扭转运动。扭转的 幅度在特定角速度下与质量流量成比例。

热系质量流量仪器通过将小部分液体流引导至流经流量传感器 管来测量流量。在传感器管的中部实施加热，该传感器管设有位于 加热器任一侧的温度传感器。每一个温度传感器在各自的位置测量 流体温度。第一温度传感器在加热器的上游测量温度。第二温度传 感器测量在加热器的下游测量温度，并反映出在利用加热器加热时 流体的相应温度。加热器两侧的流体温度差与质量流率成比例。

在这种流量测量装置中。流量传感器管一般位于底座部件上， 并且一般处于或邻近管的入口或出口端。为了提供可靠的操作，管 的连接必须坚固而且密封成无泄漏。一般地，流量管钎焊在底座部 件上。钎焊形成了坚固且密封的连接，但与管的材料相比可能具有 比较差的耐腐蚀性。焊接是优选的连接方法。但是已知的制造加工 和公差经常使得难于获得满意的焊接管连接接缝，尤其在需要极小 流量传感器管的低流量应用中时。

本发明致力于解决现有技术的相关缺点。

本公开的概要

在本公开的一个方面，流量传感器管组件包括具有一般相反的 第一面和第二面的底座部件。开孔延伸穿过该底座部件，并且流量 传感器管的一端容纳在该开孔中。填充材料在邻近底座部件的第一 面处设置在开孔中并且围绕在流量传感器管的周围，以便将该管连 接到底座部件上。可以在底座部件的第一面中在该开孔周围形成凹 槽，从而在邻近开孔处形成有助于钎焊操作的凸起部。在邻近底座 部件的第二面处，流量传感器管焊接在底座部件上。在示范性的实 施例中，为了获得改进的焊接，由底座部件的第二面来限定接套 (nipple)，以便更好地与被焊接部件的厚度相匹配。另外，可以在流 量传感器管的周围形成接套，以便消除开孔与流量传感器管之间的 间隙。

可以提供第二开孔，以用于容纳流量传感器管的相反端。该管 的这一端可以以与第一端相同的方式而连接于底座部件上，其中填 充材料在邻近底座部件的第一面处设置在第二开孔中并且围绕在流 量传感器管周围，并且流量传感器的第二端在邻近底座部件的第二 面处焊接于底座部件上。

还公开了一种将管连接到底座部件的方法，包括将管的一端插 入到延伸穿过底座部件的开孔中。在邻近底座部件的第一面处，在 开孔中围绕管的周围来设置填充材料，以便将该管连接到底座部件 上。此外，在邻近底座部件的第二面处将管焊接到底座部件上。底 座部件的第二面可以成形在管上，以便消除开孔与该管之间的间隙。 在某些实施例中，由底座部件限定的锥形接套可以采用间隙调节器 或者陷型模(swage)来形成，以便消除开孔与该管之间的间隙。

附图简介

通过阅读以下详细说明并通过参考附图，本发明的其他目的和 优点将是显而易见的，在附图中：

图1是显示了质量流量测量装置的组成部分的结构图。

图2是根据本发明多个方面的管组件的分解透视图。

图3是图2中所示管组件的已装配透视图。

图4是显示了图2和3中所示管组件组成部分的剖视图。

图5是图2和3中所示管组件的底座部件的底视图。

图6是剖视图，其在原理上说明了间隙调节器以及本文所公开 的管组件的组成部分。

图7和8是管组件的剖视图，显示了相对于底座部件的示范性 管位置。

尽管本发明可以接受各种修改以及备选的方式，但是，其具体 实施例在附图中示例性地显示出并且在文中详细说明。但是，应该 理解的是，文中对具体实施例的描述并非试图将本发明限于所公开 的特定方式，相反，本发明旨在涵盖属于所附权利要求所限定的本 发明精神和范围的所有修改、等效形式及备选形式。

本发明的详细描述

下文描述了本发明的说明性实施例。为了清楚起见，在本说明 书中并没有描述实际应用中所有的特征。当然需要理解的是，在任 何这些实际实施例的研制中，必须进行多种具体实施方式专用的改 变以实现研制人员的具体目的，例如，遵从与系统相关或商业相关 的约束条件，这些约束条件在不同的实施应用个案之间是不同的。 而且，还可以理解，这种改进所需的努力可能是复杂而又耗时的， 但是对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说，只是常规的工 作。

图1原理上说明了基于科里奥利效应的质量流量传感器的组成 部分。为了简明起见，本公开的部分显示为应用于科里奥利质量流 量测量装置中，但是，本公开适用于需要安全的、流体密封的管连 接的其他装置中。例如，对于受益于本公开的本领域技术人员来说， 将本公开的构思应用到其他流量测量装置如热量质量流量测量装置 中是常规的工作。

图1中所示科里奥利质量流量传感器10包括流量传感器管12， 其设有相对于其定位的驱动装置14，以使管12发生振动。拾取装置 16相对于管10来设置，以便测量由于科里奥利力而导致的管10中 的扭转。流量传感器管10的两端连接在处于底座外壳18中的底座 部件上，该底座外壳可包含装置的进口和出口连接件。图1所示示 范性流量传感器管10一般呈U形，但也可以采用其它形状，例如三 角形、矩形、螺旋状，或者为直管。

图2是根据本发明多方面的示范性流量传感器管组件100的分 解透视图。该传感器管组件100包括底座部件110和流量传感器管 112。底座部件110具有从中延伸穿过的开孔114，用于容纳流量传 感器管112的两端。通常，流量传感器管112的一端是入口，而相 反一端为出口，这样就可在流量传感器管112中形成流体流，以便 测量流率。图3显示了流量传感器管组件100，其中流量传感器管112 的两端容纳在开孔114中。

图4是剖视图，其显示了流量管112的两端容纳于底座部件110 的开孔114中。填充材料120在邻近底座部件110的第一面(如图4 所示的顶面)处设置在开孔114中且围绕在流量传感器管112周围， 以便将管112连接于底座部件上。在示范性的实施例中，使用低温 合金材料，以便在邻近底座部件110的顶面处实现钎焊连接。银铜 合金是用于钎焊接点的合适填充材料。在其他实施例中，焊料或例 如为环氧树脂的粘合剂用作填充材料，以便在邻近底座部件110的 第一面处连接上流量传感器管112。

流量传感器管112还通过在第二面(图4中所示的底面)处的 第二连接122而连接于底座部件110上，在此处管112焊接于底座 部件110上。流量传感器112连接于底座部件110上的双接点式连 接提供了安全、无泄漏的连接。焊接连接122提供了流体密封，而 钎焊接点120提供了结构连接。

在示范性的实施例中，开孔114具有分别限定了第一直径和第 二直径的两段114a和114b。第一段114a的直径大于第二直径114b， 使得在管112的周围形成了径向间隙，以便为填充材料120提供间 隔。在某些使用钎焊填充材料的实施例中，利用感应加热来实现钎 焊连接，这是因为它提供了足够的局部热量，并且不会损坏管112。 为了有助于钎焊工艺，底座部件110的顶面限定了环形凹槽150，以 便形成允许放置感应加热工具来进行钎焊连接的凸起部152。

在焊接时，需要使所焊接的两部件的厚度相匹配。底座部件110 一般比管112厚得多，尤其在使用极细管的低流量应用中。为了使 板的厚度与连接于管112的壁上的底座部件110的厚度更紧密地相 匹配，就在底座部件110底部形成了接套130。图5是底座部件110 的底部透视图，显示了底座部件110所限定的接套130。

在示范性的流量管组件中，底座部件为大约0.330英寸厚，而流 量传感器管112具有大约0.001英寸的壁厚。在这个示范性的实施例 中，接套130的端部锥形渐缩至大约0.001英寸(类似于管壁的厚度)， 就是在此处来进行焊接。

除了要匹配待焊接部件的厚度之外，还优选使这些部件之间的 间隙减小为这些部件的厚度的大约10％。第二段114b与管112直径 之间的制造公差使得难于在流量传感器管112和底座部件110之间 形成所要求的紧密接触，以便实现一致的焊接和流体密封式的接点。 在上述所引用的示范性实施例中，其中管112具有0.001英寸的壁厚， 那么可容许的间隙为0.0001英寸。但是，流量传感器管112的外径 的一般公差为±0.0002英寸，这可能会导致不可接受的0.0004英寸 的间隙。

不论制造公差为多少，为了实现紧密接触，在管112插入开孔114 中之后，底座部件110可以成形，以便消除管112与开孔114的第 二段114b之间的间隙。如图4所示，开孔114的第二段114b的一 部分处于接套130中。在示范性的实施例中，将间隙调节器或陷型 模140在受控的力下压在接套130上，以便封闭开孔114与流量传 感器管112之间的任何间隙。图6在原理上说明了在示范性管组件 中，在管112周围加工成形底座部件110的型锻加工工艺。图6显 示了底座部件110被倒置，因此底座部件110的底面所形成的接套130 就如图中所示而朝向上。在所示实施例中，接套130为大致锥形， 形成了大约62°的锥形。间隙调节器140具有大约60°的锥形142，当 外力施加到间隙调节器140上以便在管112的周围对开孔114进行 型锻时，该锥度142与接套130产生干涉，从而消除了这二者之间 的任何间隙。

图7和图8显示了一些不同的管位置/焊接几何形状。在图7中， 管114设置成使得管114的一端大致与接套130相齐平。在这种情 形下，正交于底座部件110来进行焊接。在图8中，管114从底座 部件110中伸出。在这种情况下，倾斜一定角度来进行焊接。

上文所公开的具体实施例仅仅起到说明作用，这是因为本发明 可以不同的等效方式来进行改进和实施，这些等效方式对于受益于 本发明讲述内容的本领域技术人员来说是显而易见的。另外，并非 试图对本文中所示的结构或设计细节有所限制，而是如所附权利要 求中所述。因此很显然，以上公开的具体实施例可以进行各种变化 或改进，并且所有的这些变化被视为属于本发明的范围和主旨内。 因此，本文的保护范围如所附权利要求中所述。