CN101983319B - 具有部分结合部的撑杆 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的实施例提供了一种部分结合的撑杆组件。提供了一种适合于绕着弯曲轴线(W、W’)振动的振动元件。所述振动元件具有高应力区(412)。撑杆(201204)使用部分结合部(420)结合到所述振动元件。部分结合部(420)仅在高应力区(412)中形成。
Description
技术领域
本发明涉及撑杆(brace bar),更具体而言,涉及被部分地焊接到诸如流管等振动元件的撑杆。
背景技术
存在各种用于将两个结构元件结合在一起的方法,包括但不限于铜焊、焊接、粘合等等。通常,铜焊涉及向待连结在一起的元件中的一者或两者的表面施加铜焊材料。然后,所述元件经历使铜焊材料熔化的高温铜焊过程。如果元件相互接触,则随着铜焊材料的冷却,元件变得基本上永久性地相互联接。焊接通常涉及熔化待连结在一起的一个或两个元件的表面以及填充金属。这产生熔融材料池。随着熔融材料的冷却,形成坚固的连结部。粘合剂通常被施加到结构元件中的一个或两者,并且随着粘合剂的固化,其形成两个元件之间的结合部(bond),或者是化学的、静电的,或者在一些情况下利用范德华力。
所有这些结合方法具有的固有问题是,在处理期间以及在材料冷却以形成结合部时使结构元件经受各种应力。在元件不经受运动或振动的应用中,这些应力通常不引起注意。然而,如果元件经受一贯的运动或振动,则所引起的附加应力可能产生不期望的副作用。
流量计行业,特别是科氏流量计行业,在将元件结合到一起时面临独特的挑战。例如,大部分流量计包括一个或多个流管道,所述流管道在管线或其它运输系统中被串列(inline)连接以在该系统中传送例如流体、浆料等材料。每个管道可以被视为具有一组自然振动模式,例如包括简单弯曲、扭转、径向和耦合模式。在典型的科氏质量流量测量应用中,随着材料流过管道,在一个或多个振动模式中激励管道,并在沿着管道间隔开的位置处测量管道的运动。通常由以周期性的方式扰动管道的致动器来提供该激励,所述致动器例如为机电装置,诸如音圈式驱动器。可以通过在换能器(transducer)位置处测量运动之间的时间延迟或相位差来确定质量流速。通常,流量计还将包括可以限定流管道的弯曲轴线的一个或多个撑杆。通常,使用铜焊、焊接或粘接过程将这些撑杆结合到流管道。在大多数情况下,结合过程在流管道中产生附加应力。由于在一个或多个振动模式中激励流管道,所以即使相对小的应力也能够显著地影响仪表的性能。另外,这些结合过程可能是昂贵且费时的。
因此,需要提供一种方法,用于减小由于结合(铜焊、焊接、粘合等)引起的应力。另外,需要提供一种方法,用于减少将元件结合在一起时特别是将撑杆结合到流管道时所耗费的成本和时间。本发明克服了这些及其它问题并实现了现有技术的进步。
发明内容
根据本发明的一方面,一种部分结合的撑杆组件包括:
振动元件,其适合于绕着弯曲轴线振动并具有高应力区;以及
撑杆,其利用部分结合部结合到所述振动元件,所述部分结合部仅在所述高应力区中形成。
优选地,所述部分结合部在整个高应力区上延伸。
优选地,所述部分结合部仅位于撑杆的顶侧上。
优选地,所述部分结合部仅位于撑杆的底侧上。
优选地,所述部分结合部位于撑杆的顶侧和底侧两者上。
优选地,所述振动元件包括流管。
优选地,所述撑杆还包括剪裁(cut-out)区,所述剪裁区在撑杆的与所述振动元件低应力区对准的一部分中形成。
根据本发明的另一方面,一种用于将撑杆部分地结合到振动元件的方法,所述振动元件适合于绕着弯曲轴线振动并具有高应力区,该方法包括如下步骤:
将所述振动元件定位于所述撑杆内;以及
使用仅在所述高应力区中形成的部分结合部将所述撑杆结合到所述振动元件。
优选地,所述方法还包括遍及所述整个高应力区形成所述部分结合部的步骤。
优选地,所述方法还包括仅部分地结合所述撑杆的顶侧的步骤。
优选地,所述方法还包括仅部分地结合所述撑杆的底侧的步骤。
优选地,所述方法还包括部分地结合所述撑杆的顶侧和底侧两者的步骤。
优选地,所述方法中的所述振动元件包括流管。
优选地,所述方法还包括在撑杆的与所述振动元件低应力区对准的一部分中形成剪裁区的步骤。
附图说明
图1示出根据本发明的实施例的流量计。
图2示出流量计的剖视图。
图3示出流管的端视图,该流管具有根据现有技术结合的撑杆。
图4示出流管的剖视图,该流管具有根据本发明的实施例结合的撑杆。
图5示出根据本发明的实施例的被部分结合的撑杆。
图6示出根据本发明另一实施例的被部分结合的撑杆。
图7示出根据本发明另一实施例的被部分结合的撑杆。
具体实施方式
图1~7和以下说明描绘特定示例以教授本领域的技术人员如何完成并使用本发明的最佳模式。出于教授本发明原理的目的,已将某些传统方面简化或省略。本领域的技术人员将认识到在本发明范围内的这些示例的变体。本领域技术人员将认识到可按照各种方式将下述特征组合以形成本发明的多个变体。结果,本发明不限于下述特定示例,而是仅仅由权利要求及其等同物来限制。
图1示出根据本发明的实施例的流量计100。根据本发明的一个实施例,流量计100包括科氏流量计。然而,本发明不限于包括科氏流量计的应用,并且应理解的是本发明可以与其它类型的流量计一起使用。另外,本发明可以用于流量计之外的应用,其中,被结合在一起的结构元件可能经受振动或其它运动。流量计100包括包围流管101、102的下部的隔离物(spacer)103和歧管107,流管101、102在它们的左端处从内部经由凸缘104的颈部108连接到凸缘104并且在它们的右端处经由颈部120连接到凸缘105。图1还示出凸缘105的出口106、左传感器LPO、右传感器RPO和驱动器D。右传感器RPO被示出一些细节并包括磁体结构115和线圈结构116。歧管隔离物103的底部上的元件114是用于从仪表电子装置(未示出)接纳导线(未示出)的开口,该导线在内部延伸到驱动器D及传感器LPO和RPO。流量计100适合于在使用时经由凸缘104和105连接到管线等。
图2示出流量计100的剖视图。此视图去除了歧管隔离物103的正面部分以便可以示出在歧管隔离物内部的部分。在图2上示出但在图1上未示出的部分包括外端撑杆201和204、内撑杆202和203、右端流管出口孔205和212、流管101和102、弯曲流管区段214、215、216和217。在使用中,流管101和102绕着它们的弯曲轴线W和W’振动。外端撑杆201和204及内撑杆202和203帮助确定弯曲轴线W和W’的位置。
图3示出流管101和102的端视图,所示流管101和102在驱动器D(其在图3中未示出)的影响下从彼此向外偏转。图3还示出内撑杆202和203以及外撑杆201和204以及出口孔205和212。流管101、102的向外偏转的描绘被夸张地表示以有助于理解其操作。在使用中,由驱动器D引起的流管偏转的幅值如此小,以致于人眼无法察觉。
示出了根据现有技术的撑杆201~204。如可以看到的,撑杆201~204被基本上完全结合在流管101、102的外表面周围。结合部320被示为撑杆/流管界面处的阴影部分。对于每个撑杆201~204而言,结合部320基本上围绕流管101、102。将撑杆201~204结合到流管101、102的这种现有技术方法在将撑杆201~204联接到流管101、102时不仅使用过量的结合材料,而且使用过量的时间。原因是流管101、102绕着由驱动器D驱动的中性轴线W、W’弯曲。此中性轴线W、W’在振动期间在流管101、102中产生低应力点。因此,不仅沿着弯曲轴线W、W’的结合是不必要的,而且该过程还可能因为结合部320所产生的附加应力而导致较短的管寿命。
图4示出根据本发明的实施例所结合的撑杆。图4示出沿着流管101和102的纵向轴向中间部分截取的剖视图。虽然下面的讨论涉及流管101、102,但应理解的是在其它实施例中,撑杆被结合到振动元件而形成撑杆组件。因此,本发明不应局限于包括撑杆和流管的流管组件,而是也可适用于包括振动元件的其它应用。
如图4所示,流管101、102位于一个或多个撑杆(201~204)内并分别绕着弯曲轴线W和W’振动。弯曲轴线W、W’部分地由撑杆201~204(图4中仅示出撑杆203、204)限定。根据本发明的实施例,使用部分结合部420将撑杆201~204结合到流管101、102。如可以看到的,不同于现有技术,部分结合部420不在流管101、102的整个圆周周围延伸。相反,部分结合部420仅位于高应力区412中。下面参照图5来进一步定义高应力区412。根据本发明的实施例,撑杆201~204未被结合在低应力区410中。
每个撑杆201~204包括顶部440和底部450。根据本发明的实施例,部分结合部420仅位于撑杆的顶部440上。根据本发明的另一实施例,部分结合部420仅位于撑杆的底部450上。根据本发明的另一实施例,部分结合部420位于撑杆的顶部440和底部450两者上。在部分结合部420仅位于撑杆一侧的一些实施例中,根据现有技术,另一侧可包含完整的结合部。由于弯曲轴线W、W’,本发明可以在不牺牲撑杆的功能或寿命的情况下采用部分结合部420。参照图4和图4,更好地解释在振动期间经历的应力。
图5示出根据本发明的实施例的径直沿着撑杆203俯视的流管101、102的剖视图。应理解的是该讨论同样适用于任何撑杆并且不限于撑杆203。随着流管101、102分别绕着其弯曲轴线W和W’弯曲,流管/撑杆界面处所经历的应力在流管的圆周周围改变。例如,高应力区412由于在管振动期间此区域中经历的周期性加载而经历最大应力。相反,低应力区410在管振动期间经历很小的应力。
重要的是理解如何定义高应力区412。下文的讨论局限于流管102,然而应认识到在流管101中,高应力区412的说明是相同的。此外,在适合于绕着类似于弯曲轴线W、W’的弯曲轴线弯曲的其它振动元件中也可以看到高应力区412。
参见图5,参考点定位在流管102的圆周的中心处,如图5所示,0°表示竖直位于弯曲轴线W之上。应理解的是所选的参考坐标仅仅用于帮助理解本发明且可以选择其它参考系。因此,本发明不限于所选坐标系。如上所述,随着流管102绕着其弯曲轴线W振动,流管102在高应力区412中经历较大的应力。根据本发明的实施例,将高应力区412定义为流管102从约45°至约135°的区域。由于流管在弯曲轴线W的两侧经历相同的应力,所以高应力区412还从约225°延伸至约315°。高应力区412在振动期间经历最大的应力,在约90°和270°处经历最大应力。
相反,从约0°延伸至约45°、从约135°延伸至约225°以及从约315°延伸至约0°的区域在振动期间经历很小的应力。这些区域被指定为低应力区410。在包括科氏流量计应用的许多应用中,不需要在低应力区410中将撑杆结合到诸如流管101、102的振动元件并且也没有多少意义;然而,其可能具有负面效果,因为随着形成结合部,其例如由于加热和冷却而添加应力。因此,不期望在低应力区410中提供结合部。另一方面,由于在高应力区412中实现最大应力,所以重要的是在此区域内提供诸如结合部420的结合部。应理解的是在高应力区412中提供结合部420包括在弯曲轴线两侧的结合部420,即约45°与135°之间的高应力区412以及约225°与315°之间的高应力区。
根据本发明的实施例,使用部分结合部420将撑杆201~204结合到振动元件,诸如流管101、102。仅在高应力区412中形成部分结合部420。根据本发明的一个实施例,部分结合部420在整个高应力区412上延伸(参见图4和图6)。然而,如图5所示,在其它实施例中,部分结合部420仅在高应力区412的一部分上延伸。根据本发明的实施例,部分结合部420以90°和270°为中心,在那里,由驱动器D驱动的振动流管所经历引起的应力处于最大值。该特定应用将确定振动元件的高应力区412的哪个部分需要被结合到撑杆。例如,在高应力区412中经历的应力越大,则需要将高应力区412的越多部分结合到撑杆。
返回图4,撑杆/流管界面仅包括高应力区412中的结合部420。类似地,应注意的是在低应力区410中未提供结合部。通过仅在高应力区412中将撑杆201~204结合到流管101、102,该过程比现有技术快得多,现有技术要求基本完全围绕整个流管101、102的结合部。另外,本发明通过要求较少的结合材料来提供省钱的过程。
应认识到虽然本发明提供较少的结合表面区域,但由于中性弯曲轴线W、W’的缘故,部分结合部足以将撑杆201~204保持在流管101、102上的适当位置。
图6示出根据本发明的另一实施例的径直沿着撑杆203俯视的流管101、102的剖视图。除结合部420之外,图6类似于图5。不是如在图5中一样仅在高应力区412的一部分中提供结合部420,图6的结合部420延伸遍及整个高应力区412。在一些实施例中如图6所示地遍及整个高应力区412来提供结合部可能是有利的。还应认识到可以预期在高应力区412中提供部分结合部的其它结合构造。例如,可以在高应力区412中提供多个不连续的结合部420。
图7示出根据本发明的另一实施例的径直沿着撑杆203俯视的流管101、102的剖视图。图7所示的撑杆203类似于图6和图7所示的,不同的是图7所示的撑杆203包括剪裁区750。能够在振动期间引起问题的一个条件是由元件相互摩擦而引起的对振动的阻尼。由于撑杆203仅在高应力区412中被结合到振动元件,所以可能存在撑杆203的未结合部分与振动元件的不期望摩擦。这种不期望摩擦可以潜在地导致不期望的阻尼。为了避免由于撑杆201~204的未结合部分的摩擦而引起的不期望阻尼,在一些实施例中,撑杆201~204可以包括浮雕(relief)或剪裁区750。剪裁区750形成在撑杆201~204的与流管101、102的低应力区410对准的那部分撑杆201~204中。因此,剪裁区750不影响位于高应力区412中的结合部420。虽然剪裁区750延伸遍及基本上整个低应力区410,但应理解的是在其它实施例中,剪裁区750可以仅仅延伸通过低应力区410的一部分。
虽然以上讨论已指向撑杆到流管的结合,但应理解的是所述的部分结合部同样适用于既经历高应力区又经历低应力区的其它应用。本发明特别适合于一贯地处于绕中性轴的振动下的元件,其中,能以相对高的概率来预测低应力区和高应力区。
以上实施例的详细说明不是发明人所预期的本发明范围内的所有实施例的排他性说明。事实上,本领域的技术人员应认识到可按照各种方式将上述实施例的某些元件组合或去除以产生其它实施例,并且此类其它实施例落入本发明的范围和教导。对于本领域的技术人员来说还显见的是可以整体地或部分地将上述实施例组合以产生在本发明的范围和教导内的其他实施例。
因此,虽然在本文中出于说明的目的描述了本发明的特定实施例和示例,但如相关领域的技术人员应认识到的那样,在本发明的范围内可以有各种等同修改。本文所提供的教导可以应用于其它振动元件,而不仅仅是上文所述和附图所示的实施例。因此,应根据所附权利要求来确定本发明的范围。
Claims (14)
1.一种部分结合的撑杆组件,包括:
振动元件,其适合于绕着弯曲轴线(W、W’)振动并具有高应力区(412);以及
撑杆(201~204),其利用部分结合部(420)结合到所述振动元件,所述部分结合部(420)仅在所述高应力区(412)中形成。
2.如权利要求1所述的部分结合的撑杆组件,其中,所述部分结合部在整个高应力区(412)上延伸。
3.如权利要求1所述的部分结合的撑杆组件,其中,所述部分结合部(420)仅位于所述撑杆(201~204)的顶侧(440)上。
4.如权利要求1所述的部分结合的撑杆组件,其中,所述部分结合部(420)仅位于所述撑杆(201~204)的底侧(450)上。
5.如权利要求1所述的部分结合的撑杆组件,其中,所述部分结合部(420)位于所述撑杆(201~204)的顶侧(440)和底侧(450)两者上。
6.如权利要求1所述的部分结合的撑杆组件,其中,所述振动元件包括流管(101、102)。
7.如权利要求1所述的部分结合的撑杆组件,其中,所述撑杆(201~204)还包括剪裁区(750),所述剪裁区(750)在所述撑杆(201~204)的与所述振动元件低应力区(410)对准的一部分中形成。
8.一种用于将撑杆部分地结合到振动元件的方法,所述振动元件适合于绕着弯曲轴线振动并具有高应力区,所述方法包括如下步骤:
将所述振动元件定位于所述撑杆内;以及
使用仅在所述高应力区中形成的部分结合部将所述撑杆结合到所述振动元件。
9.如权利要求8所述的方法,还包括步骤:遍及整个高应力区形成所述部分结合部。
10.如权利要求8所述的方法,还包括步骤:仅部分地结合所述撑杆的顶侧。
11.如权利要求8所述的方法,还包括步骤:仅部分地结合所述撑杆的底侧。
12.如权利要求8所述的方法,还包括步骤:部分地结合所述撑杆的顶侧和底侧两者。
13.如权利要求8所述的方法,其中,所述振动元件包括流管。
14.如权利要求8所述的方法,还包括步骤:在所述撑杆的与所述振动元件低应力区对准的一部分中形成剪裁区。
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