一種基于扭振的流體質(zhì)量流量計及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于流體質(zhì)量流量檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于扭振的流體質(zhì)量流量 計及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在大部分行業(yè)中，用以實(shí)現(xiàn)對流體的質(zhì)量流量進(jìn)行檢測的儀器主要是科里 奧利質(zhì)量流量計，它主要包括振動管、激振器、拾振器、外殼和控制器五大模塊，該種質(zhì)量流 量計具有突出的優(yōu)點(diǎn)：檢測精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、檢測效率高等，其檢測原理是當(dāng)流體流經(jīng)科 里奧利質(zhì)量流量計時，充滿流體的振動管在激振器的作用下受迫振動，振動管中的流體受 到科里奧利力的作用，并作用給振動管一個力，使得在振動管上以過振動管的正中間的橫 截面為對稱面的任意兩對稱位置處的振動存在相位差，沿振動管對稱安裝的兩個拾振器拾 取它們所在位置處的相位差，因為流經(jīng)振動管的流體的質(zhì)量流量與拾取的相位差之間具有 確定的函數(shù)關(guān)系，所以可由拾取的相位差求得流體的質(zhì)量流量。
[0003] 市場上大部分科里奧利質(zhì)量流量計中振動管的兩端與外殼之間采用的是剛性連 接，當(dāng)科里奧利質(zhì)量流量計受到的外界振動過于劇烈時，其內(nèi)部振動管的振動便會受到外 界振動的影響，從而使得檢測的流體的質(zhì)量流量不準(zhǔn)確；此外，由于傳統(tǒng)的科里奧利質(zhì)量流 量計檢測流體的質(zhì)量流量的核心部件是振動管，當(dāng)使用傳統(tǒng)的科里奧利質(zhì)量流量計檢測流 體的質(zhì)量流量時，其內(nèi)部的振動管的形狀、結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)等均應(yīng)固定不變，然而，當(dāng)被檢 測的流體的溫度及壓力發(fā)生變化時，均會使得振動管的剛度發(fā)生變化，進(jìn)而使得振動管的 振動特性發(fā)生變化，從而使得科里奧利質(zhì)量流量計的檢測值出現(xiàn)顯著變化，致使檢測精度 降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服以上技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供了一種基于扭振 的流體質(zhì)量流量計及其檢測方法，其能夠顯著降低外界振動、待測流體溫度及壓力變化等 因素對流體質(zhì)量流量檢測精度的影響。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種基于扭振的流體質(zhì)量流量計， 其特征是，包括殼體、測量管、第一波紋管、第二波紋管、流體入口法蘭、流體出口法蘭、扭振 梁、緊固裝置、第一激振器、第二激振器和拾振器；所述殼體為密封的長方體殼體，殼體的左 壁上開有第一通孔，所述第一通孔的圓心為殼體左壁的位于殼體左壁的垂直中心線上，殼 體的右壁上開有第二通孔，所述第二通孔的圓心位于殼體右壁的垂直中心線上，殼體左壁 的垂直中心線和殼體右壁的垂直中心線位于同一垂直平面中；所述第一波紋管的一端通 過法蘭與第一通孔連接，第一波紋管的另一端通過法蘭與測量管的一端連接，所述第二波 紋管的一端通過法蘭與第二通孔連接，第二波紋管的另一端通過法蘭與測量管的另一端連 接；所述流體入口法蘭設(shè)置在殼體左壁上第一通孔處，流體入口法蘭與殼體為一體化結(jié)構(gòu) 且與第一通孔同軸，所述流體出口法蘭設(shè)置在殼體右壁上第二通孔處，流體出口法蘭與殼 體為一體化結(jié)構(gòu)且與第二通孔同軸；所述緊固裝置設(shè)置在殼體的上壁上；所述扭振梁上端 穿過殼體設(shè)置在緊固裝置中，下端固定在測量管上，且扭振梁的軸線穿過緊固裝置的幾何 中心并垂直于測量管的軸線；所述的第一激振器和第二激振器設(shè)置在殼體內(nèi)底壁上，第一 激振器和第二激振器關(guān)于扭振梁的軸線對稱設(shè)置；所述拾振器設(shè)置在殼體內(nèi)底壁上，拾振 器的幾何中心位于測量管的中間橫截面平面上且拾振器與測量管不接觸。
[0006] 優(yōu)選地，所述緊固裝置包括前緊固裝置、后緊固裝置和第四通孔，所述的前緊固裝 置和后緊固裝置通過螺栓連接，所述第四通孔的軸線經(jīng)過所述的緊固裝置的幾何中心并垂 直于所述測量管的軸線，所述扭振梁的上端設(shè)置在第四通孔內(nèi)且與第四通孔過盈配合；所 述的前緊固裝置和后緊固裝置分別通過螺栓固定在殼體的上壁上。
[0007] 優(yōu)選地，所述扭振梁由上圓柱和下圓柱組成，所述上圓柱設(shè)置在緊固裝置中，所述 下圓柱的上端與上圓柱的下端固定連接，下圓柱的下端開有第三通孔；所述測量管穿過第 三通孔且與第三通孔過盈配合。
[0008] 優(yōu)選地，所述扭振梁的上圓柱和下圓柱為一體化結(jié)構(gòu)，且上圓柱的直徑大于下圓 柱的直徑。
[0009] 優(yōu)選地，所述扭振梁為橫截面是矩形的柱體，扭振梁的下端通過夾緊裝置與測量 管連接，所述夾緊裝置通過螺栓固定在扭振梁上。
[0010] 優(yōu)選地，所述夾緊裝置包括第一夾緊裝置和第二夾緊裝置，第一夾緊裝置和第二 夾緊裝置通過螺栓固定在扭振梁上，夾緊裝置內(nèi)開設(shè)有第五通孔，所述測量管穿過第五通 孔且與第五通孔過盈配合。
[0011] 優(yōu)選地，所述殼體和緊固裝置的剛度遠(yuǎn)大于所述扭振梁的剛度。
[0012] 優(yōu)選地，所述扭振梁的數(shù)量可以為多根，兩根及兩根以上數(shù)量的扭振梁沿測量管 的軸向方向且關(guān)于測量管的中間橫截面平面對稱分布設(shè)置。
[0013] 當(dāng)上述所述的一種基于扭振的流體質(zhì)量流量計的扭振梁的數(shù)量為一根時，本發(fā)明 還提了一種基于扭振的流體質(zhì)量流量檢測方法，其特征是，所述檢測方法包括以下過程：
[0014] 以所述的測量管的軸線和扭振梁的軸線的交點(diǎn)為原點(diǎn)，以測量管的軸線為y軸， 以扭振梁的軸線為z軸，以垂直于測量管的軸線和扭振梁的軸線的直線為X軸建立空間直 角坐標(biāo)系；
[0015] 當(dāng)流體流經(jīng)所述的測量管時，第一激振器和第二激振器激振測量管，使所述的扭 振梁和測量管及其內(nèi)的流體組成的系統(tǒng)繞z軸扭振；
[0016] 設(shè)第一激振器和第二激振器提供的激振力F(t) =Fl3Sin(COt)，激振頻率為CO，扭 振梁和測量管組成的系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)的固有頻率為扭振梁和測量管組成的系統(tǒng)的X軸方向 振動的固有頻率為wx。，扭振梁的扭振角度為0 (t)，扭振梁的扭振阻尼比為I，扭振梁的 扭轉(zhuǎn)剛度為k，扭振梁的X方向的剛度為kx，扭振梁的X方向的阻尼比為Ix，第一激振器和 第二激振器至測量管的中間橫截面的距離均為1，測量管的長度為L，由扭振梁和測量管及 其內(nèi)流體組成的系統(tǒng)的扭振幅度為A，由扭振梁和測量管及其內(nèi)流體組成的系統(tǒng)由科里奧 利力引起的位移為X，流體的流速為V，流體的受到科里奧利力為Q。，單位時間內(nèi)流經(jīng)測量管 的流體的質(zhì)量流量為Q，則由扭振梁和測量管及其內(nèi)流體組成的系統(tǒng)受到的扭矩為M(t)= F(t) ?I= 1 ?F0sin(?t);
[0017] 由機(jī)械振動理論和科里奧利力的定義可知，單位時間內(nèi)流經(jīng)測量管的流體的質(zhì)量 流量為：
[0018] Q=AX
[0019] X是由上述《、《。、《x。、I、Ix、k、kx、1和F。參數(shù)決定的比例系數(shù)：
[0021] 其中，a為與由扭振梁和測量管及其內(nèi)流體組成的系統(tǒng)振動有關(guān)的常數(shù)；
[0022] 通過拾振器拾取由扭振梁和測量管及其內(nèi)流體組成的系統(tǒng)沿X軸方向的最大位 移，從而得到單位時間內(nèi)流經(jīng)測量管的流體的質(zhì)量流量。
[0023] 當(dāng)上述所述的一種基于扭振的流體質(zhì)量流量計的扭振梁的數(shù)量為兩根及兩根以 上時，本發(fā)明還提供了一種基于扭振的流體質(zhì)量流量檢測方法，其特征是，所述檢測方法包 括以下過程：
[0024] 首先將兩根或兩根以上的扭振梁等效為一根扭振梁，然后以一根扭振梁的檢測方 法來對流體質(zhì)量流量進(jìn)行檢測；
[0025] 以所述的測量管的軸線和等效扭振梁的軸線的交點(diǎn)為原點(diǎn)，以測量管的軸線為y 軸，以等效扭振梁的軸線為z軸，以