專利名稱：具有螺旋狀測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作為振動體的螺旋狀測量管的質(zhì)量流量傳感器，被測流體通過螺旋狀測量管流動。
在早先大量的具有管狀振動體的科里奧利式質(zhì)量傳感器技術(shù)中，只有兩種基本管形，即至少一個直管或至少一個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，即其具有一個有入口端的直段進口管，一個有出口端的直段出口管，以及一個將進口管同出口管連接的彎管。
對于這兩種管型，振動體機械平衡愈小，換言之，振動體機械不對稱愈大，測量結(jié)果將愈依賴于質(zhì)量流量傳感器的安裝位置。“機械平衡”即機械對稱，意指不論什么時候振動體的總動量和總動量矩各自必須為零。
目前市場能買到的大部分科里奧利式質(zhì)量流量傳感器是通過振動體軸對稱結(jié)構(gòu)實現(xiàn)這樣的對稱。振動體有個對稱面，并用對稱振動模式激勵它，以使它盡可能完全平衡。
在大多數(shù)情況下，這樣的軸對稱至少需要兩個相位相反象音叉那樣振動的平行測量管，以使流束必須被分成至少兩個分隔開的束流并用適當?shù)慕宇^將其重新結(jié)合。在某些應用中，如在環(huán)境衛(wèi)生領(lǐng)域中，認為這是不利的，其中包括成本增加。
另一方面，如果該(兩個)測量管相對于流束成串聯(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了。
在非直管式測量管中，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量管。
除了美國專利4,957,005以外JP—A61—290324及其附屬的英語摘要描述了一種具有螺旋形單測量管的質(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)接各個螺圈，其或多或少像上述軸對稱質(zhì)量流量傳感器那樣工作，至少讓兩個彎管按音叉方式振動。
法國專利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)計成能安裝在一個被測流體流經(jīng)的直徑已定的導管中，—具有一個有幾圈螺旋螺距固定且基本上是圓柱形螺旋管狀的單測量管，—具有激勵測量管產(chǎn)生振動的裝置，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)計成用法蘭將它安裝在一個被測流體流經(jīng)的直徑已定的導管中，—具有一個約有1圈半螺旋基本上是圓柱形螺旋管狀的單測量管并將測量管兩端固定在相應的法蘭上，—具有一個外部支撐管，使支撐管的兩端固定到與各端相對應法蘭附近的測量管上，以及—具有激勵測量管圍繞一個垂直于該螺旋軸，而不是和螺旋軸相交，的軸振動的裝置。
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專利4733569中所公開的科里奧利式質(zhì)量流量傳感器—該質(zhì)量流量傳感器設(shè)計成能安裝在被測流體流經(jīng)的直徑已定的導管中，—具有一個有一圈半螺旋基本上是圓柱形螺旋管狀的單測量管并在其相應的兩端固定，—具有一個內(nèi)部的，只能讓其兩端固定在測量管相應終端上直的支撐件，以及—具有激勵測量管成垂直于測量管中心線且平行于支撐件縱軸振動的裝置。
盡管有上述缺點，由于某些理由具有螺旋形單測量管的質(zhì)量流量傳感器乃是有吸引力的，也就是說因為對于尺寸已定的流量計它允許測量管更長，因此達到高靈敏度，因為能進一步使它的測量管連續(xù)彎曲和扭曲加工，從而具有高精度(如直的和圓弧形測量管可能達到的那樣)，以及因為至少有一個安裝位置它是自排放的。
因此發(fā)明的目的是改進具有螺旋形測量管的質(zhì)量流量傳感器以使傳感器基本上具有平衡的振動模式而與流體密度無關(guān)，同時至少在一個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)計成能安裝在(如用法蘭)被測流體流經(jīng)的預定直徑的導管中，—具有兩端固定在各自相應法蘭上的單測量管，該測量管振動區(qū)段具有至少一圈螺距固定的圓柱形螺旋管狀，—具有一個外部支撐管，其兩端被固定在鄰近相對應法蘭處的測量管上，或固定到相應的法蘭上，—具有一個只能讓其兩端固定在鄰近相對應法蘭處的測量管上的內(nèi)支撐件，—具有沿著測量管振動段分布的連接件，此連接件使該振動段和支撐件相互連接，以及只允許測量管振動段全部波型是使該振動段的中心線盡可能地保持在所說波型的圓柱包絡(luò)面靜止位置上，以及—具有激勵測量管振動段產(chǎn)生垂直于它中心線諧振的裝置。
在本發(fā)明三維空間達到最佳平衡的一個優(yōu)選的實施例中，測量管振動段有兩圈半并以第二振形振動。這是兩個固定端中間有振動節(jié)點的(一次)振動模式。
在另一優(yōu)選的實施例中，連接部件沿著測量管振動段均勻分布。
在本發(fā)明另一優(yōu)選實施例中，連接件是細桿，特別是細的金屬桿。
在本發(fā)明的進一步優(yōu)選的具體裝置中，支撐件布置在由測量管振動段所形成的螺旋管內(nèi)。
現(xiàn)通過參考附圖更詳細地闡述該發(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實施例的機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)量流量傳感器機械部分具有一個例如由不銹鋼，鈦或鋯制成的單測量管13，測量管的振動區(qū)段13′具有至少一圈螺距固定的圓柱形螺旋管狀且測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，例如用用法蘭11，12，安裝在被測流體流經(jīng)的給定直徑的導管中(為闡述方便未畫出)。
在圖1的實施例中，測量管13的振動區(qū)段13′有兩圈半螺旋?？梢杂寐葆斶B接件替代法蘭將質(zhì)量流量傳感器同導管相接。測量管13還在鄰近相應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。
用一個內(nèi)支撐件14限定并支承測量管13的振動區(qū)段13′，該支撐件只讓其兩端固定在法蘭11，12附近相對應的測量管13上。在所示的實施例中，支撐件14被放置在由測量管13的振動段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。
沿著測量管13的振動段13′按一定間隔放置的是連接件16，它使振動段與支撐件14相互連接。在所示實施例中，該連接件最好是細金屬桿，此桿在縱向具有高的韌性，但允許測量管13的振動段13′橫向移動。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。
在圖示實施例中，提供了相互按90°角位移的9根細金屬桿作連接件161，162，163，164，165，166，167，168，169，這些連接件是沿著測量管13的振動段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確保了測量管振動段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模式。
工作時，用適當裝置把測量管13的振動段13′激勵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個電動驅(qū)動器17，18，每一個具有線圈和電樞，例如，最好把驅(qū)動器安裝在距測量管振動段13′二端中點相等距離的二側(cè)，圖1a中距中點相隔180°。電動驅(qū)動器17，18各自的一個部件固定在測量管振動段13′上，而另一部件固定在內(nèi)支撐件14上。
與驅(qū)動器相關(guān)聯(lián)的電子線路是安裝在機箱中，該機箱未畫出。驅(qū)動電路可以是，例如，美國專利4801897所描述的類型，它根據(jù)測量管振動段13′當時的總質(zhì)量來控制激勵信號的頻率。
圖中所示實施例的測量管區(qū)段13′有兩圈半螺旋(即n＝2.5)，用驅(qū)動器電路以第二振形激勵該測量管區(qū)段，如上所述該振形在測量管區(qū)段13′二端間的中央有一節(jié)點。理論和實踐能表明對于本發(fā)明優(yōu)選的實施例實際上在空間三維上完全達到平衡。
此外，工作時，測量管區(qū)段13′的振動相位差是用沿著測量管振動段安裝的裝置測量，該裝置至少在相隔一定距離的二個位置上安裝。這些裝置包括兩個敏感元件19，20和計算電路，該電路也裝于機箱中(未畫出)。在驅(qū)動裝置17，18中，每一個敏感元件19，20的一部分固定在測量管區(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是對稱布置的，每一個距前述測量管區(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。
計算電路從上述相位差確定流體質(zhì)量流速和/或從測量管區(qū)段13′的振動頻率確定流體密度。如在“自動化技術(shù)實踐(Automa-tisierungstechnische Praxis atp)”雜志，1988，No.5，第224至230頁中敘述了上述光電傳感器的計算電路。
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點是與包絡(luò)螺旋管的圓柱體軸隔開相等距離。
在此情況下螺旋形的且固定在兩個位置以及在固定位置之間有n圈的振動管有若干諧振方式，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，由于上述螺旋線是測量管振動段13′的中心線，只允許維持上述性質(zhì)的那些振動模式，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)計成能安裝在(如用法蘭)被測流體流經(jīng)的預定直徑的導管中，—具有兩端固定在各自相應法蘭上的單測量管，該測量管振動區(qū)段具有至少一圈螺距固定的圓柱形螺旋管狀，—具有一個外部支撐管，其兩端被固定在鄰近相對應法蘭處的測量管上，或固定到相應的法蘭上，—具有一個只能讓其兩端固定在鄰近相對應法蘭處的測量管上的內(nèi)支撐件，—具有沿著測量管振動段分布的連接件，此連接件使該振動段和支撐件相互連接，以及只允許測量管振動段全部波型是使該振動段的中心線盡可能地保持在所說波型的圓柱包絡(luò)面靜止位置上，以及—具有激勵測量管振動段產(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，其特征在于測量管的振動段有兩圈半螺旋以及按第二振形激勵。
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量管的振動段均勻分布的。
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桿，最好是細的金屬桿。
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量管的振動段形成的螺旋管內(nèi)部。
全文摘要
提供一種以科里奧利原理工作，具有一個用法蘭安裝在被測流體流經(jīng)的導管中的單測量管的質(zhì)量流量傳感器。它基本上有平衡的振動模式而與流體密度無關(guān)，至少在一個安裝位置保持自排放能力。測量管振動段呈圓柱螺旋形，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模式。提供激勵振動段垂直于它中心線諧振的裝置及確定振動相位差和從振動頻率推導質(zhì)量流速或流體密度的裝置。
文檔編號G01F1/84GK1114509SQ94190671
公開日1996年1月3日 申請日期1994年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月11日
發(fā)明者奧利·庫達爾, 阿爾佛萊德·溫格 申請人:安德雷斯和霍瑟弗羅泰克股份公司