專利名稱：具有螺旋狀測(cè)量管的科里奧利式質(zhì)量流量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)科里奧利原理工作的并具有一個(gè)作為振動(dòng)體的螺旋狀測(cè)量管的質(zhì)量流量傳感器，被測(cè)流體通過(guò)螺旋狀測(cè)量管流動(dòng)。
在早先大量的具有管狀振動(dòng)體的科里奧利式質(zhì)量傳感器技術(shù)中，只有兩種基本管形，即至少一個(gè)直管或至少一個(gè)任意彎曲甚至成螺旋形的管子。后者中，優(yōu)選形狀是U形管，即其具有一個(gè)有入口端的直段進(jìn)口管，一個(gè)有出口端的直段出口管，以及一個(gè)將進(jìn)口管同出口管連接的彎管。
對(duì)于這兩種管型，振動(dòng)體機(jī)械平衡愈小，換言之，振動(dòng)體機(jī)械不對(duì)稱愈大，測(cè)量結(jié)果將愈依賴于質(zhì)量流量傳感器的安裝位置?！皺C(jī)械平衡”即機(jī)械對(duì)稱，意指不論什么時(shí)候振動(dòng)體的總動(dòng)量和總動(dòng)量矩各自必須為零。
目前市場(chǎng)能買到的大部分科里奧利式質(zhì)量流量傳感器是通過(guò)振動(dòng)體軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)這樣的對(duì)稱。振動(dòng)體有個(gè)對(duì)稱面，并用對(duì)稱振動(dòng)模式激勵(lì)它，以使它盡可能完全平衡。
在大多數(shù)情況下，這樣的軸對(duì)稱至少需要兩個(gè)相位相反象音叉那樣振動(dòng)的平行測(cè)量管，以使流束必須被分成至少兩個(gè)分隔開(kāi)的束流并用適當(dāng)?shù)慕宇^將其重新結(jié)合。在某些應(yīng)用中，如在環(huán)境衛(wèi)生領(lǐng)域中，認(rèn)為這是不利的，其中包括成本增加。
另一方面，如果該(兩個(gè))測(cè)量管相對(duì)于流束成串聯(lián)連接，則能取消該接頭；這樣的系統(tǒng)排放困難，至于自排放更不用說(shuō)了。
在非直管式測(cè)量管中，一種在一些早先技術(shù)參考資料中所描述的形狀是螺旋形測(cè)量管。
除了美國(guó)專利4,957,005以外JP—A61—290324及其附屬的英語(yǔ)摘要描述了一種具有螺旋形單測(cè)量管的質(zhì)量流量傳感器，該質(zhì)量流量傳感器在螺旋圈的周界位置用一剛性桿內(nèi)接各個(gè)螺圈，其或多或少像上述軸對(duì)稱質(zhì)量流量傳感器那樣工作，至少讓兩個(gè)彎管按音叉方式振動(dòng)。
法國(guó)專利1139048描述了(可能為首次)一種陀螺式質(zhì)量流量傳感器—該質(zhì)量流量傳感器被設(shè)計(jì)成能安裝在一個(gè)被測(cè)流體流經(jīng)的直徑已定的導(dǎo)管中，—具有一個(gè)有幾圈螺旋螺距固定且基本上是圓柱形螺旋管狀的單測(cè)量管，—具有激勵(lì)測(cè)量管產(chǎn)生振動(dòng)的裝置，以及—具有確定流體質(zhì)量流速的裝置。
EP—A—210408描述了根據(jù)科里奧利原理工作的一種質(zhì)量流量傳感器—該質(zhì)量流量傳感器設(shè)計(jì)成用法蘭將它安裝在一個(gè)被測(cè)流體流經(jīng)的直徑已定的導(dǎo)管中，—具有一個(gè)約有1圈半螺旋基本上是圓柱形螺旋管狀的單測(cè)量管并將測(cè)量管兩端固定在相應(yīng)的法蘭上，—具有一個(gè)外部支撐管，使支撐管的兩端固定到與各端相對(duì)應(yīng)法蘭附近的測(cè)量管上，以及—具有激勵(lì)測(cè)量管圍繞一個(gè)垂直于該螺旋軸，而不是和螺旋軸相交，的軸振動(dòng)的裝置。
這種質(zhì)量流量傳感器顯然是不平衡的，因此它的測(cè)量結(jié)果，尤其是它們的零穩(wěn)定性高度依賴于它的安裝位置。
上述情況也適用于美國(guó)專利4733569中所公開(kāi)的科里奧利式質(zhì)量流量傳感器—該質(zhì)量流量傳感器設(shè)計(jì)成能安裝在被測(cè)流體流經(jīng)的直徑已定的導(dǎo)管中，—具有一個(gè)有一圈半螺旋基本上是圓柱形螺旋管狀的單測(cè)量管并在其相應(yīng)的兩端固定，—具有一個(gè)內(nèi)部的，只能讓其兩端固定在測(cè)量管相應(yīng)終端上直的支撐件，以及—具有激勵(lì)測(cè)量管成垂直于測(cè)量管中心線且平行于支撐件縱軸振動(dòng)的裝置。
盡管有上述缺點(diǎn)，由于某些理由具有螺旋形單測(cè)量管的質(zhì)量流量傳感器乃是有吸引力的，也就是說(shuō)因?yàn)閷?duì)于尺寸已定的流量計(jì)它允許測(cè)量管更長(zhǎng)，因此達(dá)到高靈敏度，因?yàn)槟苓M(jìn)一步使它的測(cè)量管連續(xù)彎曲和扭曲加工，從而具有高精度(如直的和圓弧形測(cè)量管可能達(dá)到的那樣)，以及因?yàn)橹辽儆幸粋€(gè)安裝位置它是自排放的。
因此發(fā)明的目的是改進(jìn)具有螺旋形測(cè)量管的質(zhì)量流量傳感器以使傳感器基本上具有平衡的振動(dòng)模式而與流體密度無(wú)關(guān)，同時(shí)至少在一個(gè)安裝位置保持自排放能力。
因此該發(fā)明提供了一種以科里奧利原理工作的質(zhì)量流量傳感器，—該裝置被設(shè)計(jì)成能安裝在(如用法蘭)被測(cè)流體流經(jīng)的預(yù)定直徑的導(dǎo)管中，—具有兩端固定在各自相應(yīng)法蘭上的單測(cè)量管，該測(cè)量管振動(dòng)區(qū)段具有至少一圈螺距固定的圓柱形螺旋管狀，—具有一個(gè)外部支撐管，其兩端被固定在鄰近相對(duì)應(yīng)法蘭處的測(cè)量管上，或固定到相應(yīng)的法蘭上，—具有一個(gè)只能讓其兩端固定在鄰近相對(duì)應(yīng)法蘭處的測(cè)量管上的內(nèi)支撐件，—具有沿著測(cè)量管振動(dòng)段分布的連接件，此連接件使該振動(dòng)段和支撐件相互連接，以及只允許測(cè)量管振動(dòng)段全部波型是使該振動(dòng)段的中心線盡可能地保持在所說(shuō)波型的圓柱包絡(luò)面靜止位置上，以及—具有激勵(lì)測(cè)量管振動(dòng)段產(chǎn)生垂直于它中心線諧振的裝置。
在本發(fā)明三維空間達(dá)到最佳平衡的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，測(cè)量管振動(dòng)段有兩圈半并以第二振形振動(dòng)。這是兩個(gè)固定端中間有振動(dòng)節(jié)點(diǎn)的(一次)振動(dòng)模式。
在另一優(yōu)選的實(shí)施例中，連接部件沿著測(cè)量管振動(dòng)段均勻分布。
在本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例中，連接件是細(xì)桿，特別是細(xì)的金屬桿。
在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選的具體裝置中，支撐件布置在由測(cè)量管振動(dòng)段所形成的螺旋管內(nèi)。
現(xiàn)通過(guò)參考附圖更詳細(xì)地闡述該發(fā)明。

圖1a和1b分別是根據(jù)本發(fā)明的質(zhì)量流量傳感器的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)械部分的頂視剖面圖和側(cè)視剖面圖。
圖1a的頂視示意圖和圖1b的側(cè)視示意圖中所示出的質(zhì)量流量傳感器機(jī)械部分具有一個(gè)例如由不銹鋼，鈦或鋯制成的單測(cè)量管13，測(cè)量管的振動(dòng)區(qū)段13′具有至少一圈螺距固定的圓柱形螺旋管狀且測(cè)量管兩端分別固定在法蘭11和12上，該質(zhì)量流量傳感器能通過(guò)，例如用用法蘭11，12，安裝在被測(cè)流體流經(jīng)的給定直徑的導(dǎo)管中(為闡述方便未畫(huà)出)。
在圖1的實(shí)施例中，測(cè)量管13的振動(dòng)區(qū)段13′有兩圈半螺旋?？梢杂寐葆斶B接件替代法蘭將質(zhì)量流量傳感器同導(dǎo)管相接。測(cè)量管13還在鄰近相應(yīng)法蘭處被固定在外支撐管15上，或支撐管15可以同法蘭11，12剛性連接。
用一個(gè)內(nèi)支撐件14限定并支承測(cè)量管13的振動(dòng)區(qū)段13′，該支撐件只讓其兩端固定在法蘭11，12附近相對(duì)應(yīng)的測(cè)量管13上。在所示的實(shí)施例中，支撐件14被放置在由測(cè)量管13的振動(dòng)段13′所形成的螺旋管范圍內(nèi)，但也可以把它布置在這樣的“螺旋管”外側(cè)。
除了如上所述在支撐件端部固定外，不能將支撐件14固定在質(zhì)量流量傳感器其它任一零件上，特別是支撐管15上。
沿著測(cè)量管13的振動(dòng)段13′按一定間隔放置的是連接件16，它使振動(dòng)段與支撐件14相互連接。在所示實(shí)施例中，該連接件最好是細(xì)金屬桿，此桿在縱向具有高的韌性，但允許測(cè)量管13的振動(dòng)段13′橫向移動(dòng)。如果如上述把支撐件14放置在該“螺旋管”外側(cè)，則該連接件可以是只經(jīng)受張力的構(gòu)件，如鋼絲。
在圖示實(shí)施例中，提供了相互按90°角位移的9根細(xì)金屬桿作連接件161，162，163，164，165，166，167，168，169，這些連接件是沿著測(cè)量管13的振動(dòng)段13′均勻分布并全部同內(nèi)支撐件14連接。利用這些連接件16確保了測(cè)量管振動(dòng)段13′只能發(fā)生或許可該區(qū)段的中心線盡可能地保持在波型的圓柱包絡(luò)面靜止位置上的振動(dòng)模式。
工作時(shí)，用適當(dāng)裝置把測(cè)量管13的振動(dòng)段13′激勵(lì)成垂直于其中心線的諧振。正如圖1a所看到的，這些裝置包含2個(gè)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器17，18，每一個(gè)具有線圈和電樞，例如，最好把驅(qū)動(dòng)器安裝在距測(cè)量管振動(dòng)段13′二端中點(diǎn)相等距離的二側(cè)，圖1a中距中點(diǎn)相隔180°。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器17，18各自的一個(gè)部件固定在測(cè)量管振動(dòng)段13′上，而另一部件固定在內(nèi)支撐件14上。
與驅(qū)動(dòng)器相關(guān)聯(lián)的電子線路是安裝在機(jī)箱中，該機(jī)箱未畫(huà)出。驅(qū)動(dòng)電路可以是，例如，美國(guó)專利4801897所描述的類型，它根據(jù)測(cè)量管振動(dòng)段13′當(dāng)時(shí)的總質(zhì)量來(lái)控制激勵(lì)信號(hào)的頻率。
圖中所示實(shí)施例的測(cè)量管區(qū)段13′有兩圈半螺旋(即n＝2.5)，用驅(qū)動(dòng)器電路以第二振形激勵(lì)該測(cè)量管區(qū)段，如上所述該振形在測(cè)量管區(qū)段13′二端間的中央有一節(jié)點(diǎn)。理論和實(shí)踐能表明對(duì)于本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例實(shí)際上在空間三維上完全達(dá)到平衡。
此外，工作時(shí)，測(cè)量管區(qū)段13′的振動(dòng)相位差是用沿著測(cè)量管振動(dòng)段安裝的裝置測(cè)量，該裝置至少在相隔一定距離的二個(gè)位置上安裝。這些裝置包括兩個(gè)敏感元件19，20和計(jì)算電路，該電路也裝于機(jī)箱中(未畫(huà)出)。在驅(qū)動(dòng)裝置17，18中，每一個(gè)敏感元件19，20的一部分固定在測(cè)量管區(qū)段13′上，而另一部分固定在內(nèi)支撐件14上。
圖1b中，敏感元件19，20是對(duì)稱布置的，每一個(gè)距前述測(cè)量管區(qū)段13′中央相隔270°。這些敏感元件可以是，例如，如前面提到的美國(guó)專利4801897中所闡述的光電傳感器，或如圖1b所示，可以是，例如，如EP—A83144所闡述的電磁傳感器。
計(jì)算電路從上述相位差確定流體質(zhì)量流速和/或從測(cè)量管區(qū)段13′的振動(dòng)頻率確定流體密度。如在“自動(dòng)化技術(shù)實(shí)踐(Automa-tisierungstechnische Praxis atp)”雜志，1988，No.5，第224至230頁(yè)中敘述了上述光電傳感器的計(jì)算電路。
可能已經(jīng)很明顯，本發(fā)明采用下述固定螺距螺旋管的特性該螺旋管的每一個(gè)點(diǎn)是與包絡(luò)螺旋管的圓柱體軸隔開(kāi)相等距離。
在此情況下螺旋形的且固定在兩個(gè)位置以及在固定位置之間有n圈的振動(dòng)管有若干諧振方式，這些諧振方式中有許多是不適于質(zhì)量流量傳感器，因此是不希望的。如果正如含有連接件在內(nèi)的本發(fā)明性能所確定和保證那樣，也可以這么說(shuō)，由于上述螺旋線是測(cè)量管振動(dòng)段13′的中心線，只允許維持上述性質(zhì)的那些振動(dòng)模式，那么能大大制止這些不希望的諧振。
權(quán)利要求
1.一種根據(jù)科里奧利原理工作的質(zhì)量流量傳感器—它被設(shè)計(jì)成能安裝在(如用法蘭)被測(cè)流體流經(jīng)的預(yù)定直徑的導(dǎo)管中，—具有兩端固定在各自相應(yīng)法蘭上的單測(cè)量管，該測(cè)量管振動(dòng)區(qū)段具有至少一圈螺距固定的圓柱形螺旋管狀，—具有一個(gè)外部支撐管，其兩端被固定在鄰近相對(duì)應(yīng)法蘭處的測(cè)量管上，或固定到相應(yīng)的法蘭上，—具有一個(gè)只能讓其兩端固定在鄰近相對(duì)應(yīng)法蘭處的測(cè)量管上的內(nèi)支撐件，—具有沿著測(cè)量管振動(dòng)段分布的連接件，此連接件使該振動(dòng)段和支撐件相互連接，以及只允許測(cè)量管振動(dòng)段全部波型是使該振動(dòng)段的中心線盡可能地保持在所說(shuō)波型的圓柱包絡(luò)面靜止位置上，以及—具有激勵(lì)測(cè)量管振動(dòng)段產(chǎn)生垂直于它中心線諧振的裝置。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1的質(zhì)量流量傳感器，其特征在于測(cè)量管的振動(dòng)段有兩圈半螺旋以及按第二振形激勵(lì)。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1或2的質(zhì)量流量傳感器，其特征在于連接件是沿著測(cè)量管的振動(dòng)段均勻分布的。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1或2的質(zhì)量流量傳感器，其特征在于連接件是細(xì)桿，最好是細(xì)的金屬桿。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1或2的質(zhì)量流量傳感器，其特征在于支撐件布置在由測(cè)量管的振動(dòng)段形成的螺旋管內(nèi)部。
全文摘要
提供一種以科里奧利原理工作，具有一個(gè)用法蘭安裝在被測(cè)流體流經(jīng)的導(dǎo)管中的單測(cè)量管的質(zhì)量流量傳感器。它基本上有平衡的振動(dòng)模式而與流體密度無(wú)關(guān)，至少在一個(gè)安裝位置保持自排放能力。測(cè)量管振動(dòng)段呈圓柱螺旋形，按一定要求固定在內(nèi)、外支撐件上，使該振動(dòng)段只可產(chǎn)生中心線盡可能保持在波形圓柱包絡(luò)面靜止位置上的振動(dòng)模式。提供激勵(lì)振動(dòng)段垂直于它中心線諧振的裝置及確定振動(dòng)相位差和從振動(dòng)頻率推導(dǎo)質(zhì)量流速或流體密度的裝置。
文檔編號(hào)G01F1/84GK1114509SQ94190671
公開(kāi)日1996年1月3日 申請(qǐng)日期1994年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月11日
發(fā)明者奧利·庫(kù)達(dá)爾, 阿爾佛萊德·溫格 申請(qǐng)人:安德雷斯和霍瑟弗羅泰克股份公司