CN102607655A - 质量流量计 - Google Patents

Abstract

一种质量流量计，其包括外壳，所述外壳包括流体入口和流体出口。所述外壳限定一腔室，一可旋转部件布置在所述腔室中，能够绕一轴线旋转。在所述腔室中还布置一动量装置，其借助一偏压元件连接于所述可旋转部件，以便能够绕所述轴线旋转并能够相对于所述可旋转部件旋转。设置有与所述流体入口和流体出口流体连通的流动路径。该流体路径穿过所述可旋转部件和动量装置两者。该流体路径在离所述轴线径向距离r1处进入所述动量装置，并在离所述轴线不同的径向距离r2处离开动量装置。一扭矩提供器借助轴或齿轮部件耦合于所述可旋转部件。

Description

质量流量计

技术领域

本专利文献涉及一种质量流量计的改进结构。

背景技术

典型的角动量流量计具有四个主要部件：由透平机或马达带动旋转的主轴；静止整流器；叶轮(动量轮)；和速度轮鼓桶。在运行期间，流体流过透平机，使透平机旋转。透平机连接于所述主轴，因此所述主轴与透平机同步旋转。

接着，流体穿过静止整流器。静止整流器不与所述主轴或透平机耦合在一起。整流器的作用是尽可能多地从流体去除角动量，因为过多的角动量会导致测量误差。例如，通过任何数量的元件(包括流体行进所在的管道或透平机中的弯头)都可以将湍流或涡流引入到流体中。整流器有助于去除湍流和涡流。理想的情况为：随着流体退出静止整流器，相对于流量计的旋转轴线的所有角动量都已经被去除。

最后，流体穿过叶轮和鼓桶。通常，叶轮定位在鼓桶内，以形成测量组件。鼓桶形成测量组件的外封装物，叶轮坐落在鼓桶的内部。叶轮和鼓桶两者都绕轴线旋转。但是，鼓桶和叶轮以不同的方式连接于流量计。鼓桶刚性固定于所述主轴，由此强制鼓桶与透平机以及所述主轴同步旋转。叶轮通过弹簧元件(例如扭簧)附着于流量计的旋转部件(例如主轴或鼓桶)上。

理想的情况为：退出整流器且相对于所述主轴没有角动量的流体进入叶轮和鼓桶。叶轮和鼓桶以与所述主轴相同的速度旋转。因此，流体被加速，以与叶轮和鼓桶的旋转相匹配。但是，由于叶轮通过弹簧附着于流量计的所述主轴或其他旋转部件，所以导致叶轮落在鼓桶后面。当流体流过时，叶轮的强制旋转改变了流体的旋转速度，增大了流体的角动量。通过校准将叶轮连接于所述主轴的弹簧，可测量流体角动量的增大，以获得流体流过时强制叶轮旋转所需的扭矩。用于扭矩的等式如下：

$T=\stackrel{\·}{m}*\mathrm{\ω}*r^2$

这里，T＝扭矩；

ω＝角速度；和r＝质量流量的回转半径。

借助弹簧测量扭矩的一个方法是：测量在叶轮和鼓桶两者绕所述主轴的轴线旋转时叶轮相对于鼓桶的滞后。虽然鼓桶和叶轮趋向于以同一速度旋转，但是，由叶轮上的流体所赋予的扭矩将使弹簧偏移，导致在叶轮和鼓桶两者绕所述主轴旋转时叶轮滞后于鼓桶。该滞后可以被测量得到，并且由该滞后可以计算被施加在叶轮上以增大流体的角动量所需的扭矩。

测量叶轮和鼓桶之间的滞后的一种通用方法是在叶轮和鼓桶两者的外面放置磁铁。然后设置静止线圈，所述静止线圈设置成使得在叶轮和鼓桶旋转时，静止线圈紧邻磁铁。每当旋转磁铁通过时，旋转磁铁将在电线圈上感应生成小的电脉冲。电脉冲可以通过电子线路检测，并基于与鼓桶相联的磁铁以及与叶轮相联的磁铁经过它们相应的线圈的时间确定相位滞后。基于弹簧常数，该滞后可用于计算扭矩。对于任何给定的弹簧常数，相位移越小，通过流体旋转叶轮所需的扭矩越小。相反，相位移越大，通过流体旋转叶轮所需的扭矩越大。改变流体的角动量所需的扭矩因此能被转换为流体的质量流速。由相位滞后或滞后角ζ引起的两脉冲之间的时间Δt为

这里，

c为弹簧常数。代入ζ，得到

或

这表明Δt与

成正比。

上述设计利用了动量守恒定律去测量穿过流量计的流体的质量流速。理想的情况为：流体离开整流器，绕流量计的中心轴线没有旋转。当流体穿过叶轮和鼓桶(或测量组件)时，流体被加速绕流量计中心轴线旋转。由于守恒的物理性质，增大流体绕流量计轴线的旋转所需的能量可能被转化成流过流量计的流体的质量流。

虽然上述流量计结构可以测量流过的流体的质量流速，但是，在其设计中内在有很多影响装置精度的误差。例如，当流体从整流器流入叶轮和鼓桶组件时，流体穿过由旋转叶轮与静止整流器的角速度差形成的剪切面。在该剪切面上形成的剪切力是一种摩擦力，其增大了用叶轮旋转液体所需的能量。如果剪切力恒定，可从计算中析出因子，就可以相对准确地确定质量流速。但是，剪切力取决于液体的粘度，而液体的粘度随温度变化或者从一种流体到另一种流体而不同。即使来自不同场所或供应商的类似类型的流体，例如用于喷气发动机的煤油，也可能具有不同的粘度。所以，剪切力可以随流过流量计的流体类型以及流过流量计的流体温度而变化。变化的剪切力带来质量流量计算上的误差，而这种误差是难以解决的。大的可变剪切力可能妨碍质量流量计进行精密测量。

此外，利用当前设计，难以去除或降低剪切力。为获得大的测量扭矩以使流量计的精度最大化，加给流体的角动量应当最大化。为了最大化加给穿过流量计时的流体的角动量，流体流动路径与流量计的旋转轴线之间的距离应该最大化。所述旋转轴线到流动路径的距离的最大化也增大了误差，导致由剪切力引起的扭矩，这是因为扭矩臂的长度被增大了。这使得企图最小化当前质量流量计结构中的测量误差的工艺过程变得复杂。

发明内容

鉴于上述内容，依照本专利文献的一个方面的目的是提供一种改进的质量流量计。优选地，该改进设计解决了或者至少改善了上述问题的一个或更多个。为此，提供一种质量流量计。在一个实施例中，该质量流量计包括：外壳，所述外壳包括流体入口和流体出口，其中在该外壳中限定一腔室；可旋转部件，该可旋转部件布置在所述腔室中，并能够绕一轴线旋转；动量装置，该动量装置布置在所述腔室中，并借助一偏压元件连接于所述可旋转部件，以便能够绕所述轴线旋转以及能够相对于所述可旋转部件旋转；和流体路径，该流体路径与所述流体入口、流体出口流体连通，其中该流体路径穿过所述可旋转部件和动量装置两者，以及其中，该流体路径在离所述轴线径向距离r1处进入动量装置，并在离所述轴线径向距离r2处离开动量装置，其中，r1和r2是不同的距离。

在另一个实施例中，质量流量计还包括第二动量装置，所述第二动量装置布置在所述腔室中，其也借助一偏压元件连接于所述可旋转部件，以便能够绕所述轴线旋转并且能够相对于可旋转部件旋转。在该实施例中，所述流体路径也穿过第二动量装置，并且在离所述轴线径向距离r3处进入第二动量装置，在离所述轴线径向距离r4处离开第二动量装置，其中r3和r4是不同的距离。在有些包括多于一个的动量装置的实施例中，第一动量装置的进入半径r1和离开半径r2之间的径向距离的变化与第二动量装置的进入半径r3和离开半径r4之间的径向距离的变化在大小上基本相等，而方向相反。

在又一个实施例中，质量流量计还包括介于所述流体入口和腔室中的动量装置之间的流体路径中的整流器。此外，流体入口和动量装置之间的流体路径的一部分可由整流器限定。在有些实施例中，整流器设计成与可旋转部件固定旋转。在其他实施例中，整流器可以是静止的。在又一个实施例中，整流器也可以与所述可旋转部件一体形成。

在某些实施例中，在可旋转部件内部限定一第二腔室，动量装置容纳在该第二腔室内。第二腔室可以相对于流量计的其余部分密封或者不密封。

质量流量计的固定旋转的部件可以以任何方式被驱动。在一个实施例中，一扭矩提供器耦合于所述可旋转部件。在某些实施例中，提供一沿所述轴线延伸的能够旋转的轴，以将所述可旋转部件可操作地耦合到扭矩提供器例如透平机或马达(电动或气动)上。

在有些实施例中，偏压元件为扭簧。在一个实施例中，扭簧布置在动量装置与所述轴之间，使得偏压元件通过所述轴间接地将动量装置连接到所述可旋转部件上。在其他实施例中，偏压元件可以直接将动量装置连接到所述可旋转部件上。

优选地，可操作地布置传感器以测量偏压元件的偏移。在有些实施例中，传感器通过确定动量装置的旋转和可旋转部件的旋转之间的相位差来测量偏压元件的偏移。在另一个实施例中，传感器进一步被布置成还测量动量装置的角速度。在又一个实施例中，传感器直接测量所述可旋转部件与动量装置之间的扭矩。

在不同的实施例中，穿过流量计的流动路径可以采取不同的形状。在一个实施例中，流动路径进入动量装置时的进入半径r1小于离开动量装置时的离开半径r2。

在另一个实施例中，在动量装置内，流动路径的方向大体上被反向。在流动路径在动量装置内反向的某些实施例中，流体在同一侧进入和离开流量计。在其他实施例中，流体可以在相邻侧进入和离开流量计。

在一优选实施例中，动量装置及其他内部部件设计成绕一轴线旋转，但是，在其他实施例中，可旋转部件和动量装置设计成在扭矩提供器的作用下来回颤动。

在又一个实施例中，提供一种质量流量计，其包括：外壳，该外壳中限定一腔室，所述外壳具有流体入口和流体出口；可旋转部件，该可旋转部件布置在所述腔室中，能够绕一轴线旋转；动量装置，其布置在所述腔室中，并借助一偏压元件连接于所述可旋转部件，以便能够绕所述轴线旋转以及能够相对于所述可旋转部件旋转；和流体路径，其从流体入口到流体出口穿过外壳，其中该流体路径包括限定在动量装置内部的第一部分和限定在可旋转部件内部的第二部分，以及其中，该第一部分具有在离所述轴线径向距离r1处的流体进口和在离所述轴线径向距离r2处的流体排出口，其中，r1和r2是不同的距离。

在又一个实施例中，提供一种质量流量计，其包括：外壳，所述外壳包括流体入口和流体出口，其中外壳中限定一腔室；从所述流体入口到流体出口的流体路径；可旋转部件，其布置在所述腔室中，并能够绕一轴线旋转；动量装置，其布置在所述腔室中，并借助一偏压元件连接于所述可旋转部件，以便能够绕所述轴线旋转和能够相对于所述可旋转部件旋转，其中所述流体路径从流体进口到流体排出口横穿该动量装置；以及其中，质量流量计设计成在所述动量装置和可旋转部件绕所述轴线旋转时去除流体进口和流体排出口处的剪切面。

在另一个实施例中，提供一种质量流量计，其包括：外壳，所述外壳包括流体入口和流体出口，其中在外壳中限定一腔室；可旋转部件，其布置在所述腔室中，并能够绕一轴线旋转；动量装置，其布置在所述腔室中，并借助一偏压元件连接于所述可旋转部件，以便能够绕所述轴线旋转且能够相对于所述可旋转部件旋转；和流体路径，其与所述流体入口和流体出口流体连通，其中，该流体路径在离所述轴线径向距离r1处进入动量装置，并在离所述轴线径向距离r2处离开动量装置，r1和r2是不同的距离，以及其中，在动量装置内，流体路径的方向大体上被反向。

在又一个实施例中，提供一种质量流量计，其包括：可旋转部件，该可旋转部件布置成可绕一轴线旋转；动量装置，该动量装置布置成能够绕所述轴线旋转和能够相对于所述可旋转部件旋转，并借助一能够在所述可旋转部件与动量装置之间传递扭矩的元件而与所述可旋转部件相互作用；穿过所述动量装置的流体路径，其中，该流体路径在第一侧的在离所述轴线径向距离r1处进入动量装置，并在该第一侧的在离所述轴线径向距离r2处离开动量装置，r1和r2是不同的距离；和用以确定流体在动量装置上施加的角动量的装置。

正如下面更全面描述的，本专利文献的流量计及其相关工艺过程容许有效地测量流动流体的质量流速。在此披露的该流量计和方法的进一步的方面、目的、所希望的特征以及优点从下面的详细说明和附图中将能够得到更好地理解，其中各个实施例通过举例的方式加以说明。但是，应当清楚地明白，这些附图只是作为说明性的，而没有打算作为对要求保护的实施例的限制。

附图说明

图1示出了包括质量流量计的燃料计量单元的例子。

图2示出了带有单个动量装置的旋转流量计的实施例的截面视图。

图3示出了带有多个动量装置的颤动式流量计的实施例的截面视图。

图4示出了一质量流量计的实施例的截面视图，其中动量装置内部的流动方向大体上被反向。

图5示出了一质量流量计的实施例的横截面视图，其中流动路径在同一侧进入和离开该流量计。

具体实施方式

图1示出了燃料计量单元(FMU)100的一个例子，所述燃料计量单元100包括质量流量计110。图1中的燃料计量单元100仅是一个示例性系统，在该系统中可使用本专利文献所述的质量流量计110的实施例。因此，在此描述的质量流量计110的实施例可能被包含在任何流动系统中。

燃料计量单元100通常位于发动机上。燃料被燃料柜泵102泵送到发动机的燃料计量单元100。一旦燃料到达燃料计量单元100，燃料就被一低压泵104推动至燃料过滤器106。在燃料计量单元100的有些实施例中，燃料过滤器106可以放置在燃料计量单元100外面，以便于维修。一旁通阀108可与燃料过滤器106平行地设置，以在过滤器堵塞时允许绕过燃料过滤器106。当燃料过滤器106堵塞时，燃料过滤器106两侧的压差增大。当燃料过滤器106两侧的压差上升高于旁通阀108的阈值时，旁通阀108打开，允许燃料旁通所述燃料过滤器106而流动。

在燃料流过燃料过滤器之后，高压泵110(通常为齿轮泵)对燃料增压。在图1所示的燃料计量单元100中，燃料流过洗网112。燃料流的一部分通过洗网112转向至燃料动力致动器114(其设置用于例如定子叶片的位置控制)。洗网112向燃料动力致动器114提供非常清洁的流体。转向并流过燃料动力致动器114的燃料返回到燃料过滤器106入口。

在主要的流动方向上，剩余的“次清洁的”燃料进入燃料计量阀116，所述燃料计量阀116调节用于燃烧的燃料流量。压差阀118使多余的燃料返回至燃料过滤器106入口。主燃料流继续流过质量流量计110。在图1所示的实施例中，优选地，质量流量计也可以设置在燃料计量单元100外面。与燃料过滤器106的位置类似，将质量流量计110设置在燃料计量单元100外面，方便质量流量计110的检修或更换。在燃料流过质量流量计110之后，燃料返回到燃料计量单元100中，在那里，一最低压力阀120用来保持最低压力。燃料接着流向燃烧室中的燃料喷嘴122。

图2示出了带有单个动量装置14的旋转流量计10的实施例的截面视图。流量计10是流量计部件110的一个实施例，该流量计部件可用于燃料计量单元100，如图1所示的那个。但是，流量计10不局限于燃料计量单元，其可以用于任何流动系统中。

图2中的流量计10包括外壳11、可旋转部件12A和12B、动量装置14和扭矩提供器21。在图2所示的实施例中，外壳11形成一腔室13，该腔室13容纳包括可旋转部件12A和12B、动量装置14和扭矩提供器21的内部部件。在其他实施例中，外壳11也可以容纳更多或更少的部件。

图2示出了外壳11的横截面。外壳11具有流体入口4和流体出口6。在优选实施例中，外壳11和其中限定的腔室13都是圆柱形的。圆柱形腔室13便于所述内部部件旋转时的平稳运动。外壳11可以由任意数量的部分制成，以便使流量计的制造和组装更容易。在一优选实施例中，外壳可以由两部分制成。第一部分可以构造成缸筒的形状，第二部分可以构造成用于缸筒的顶盖的形状。缸筒和顶盖优选带有螺纹，这样它们可以螺纹连接在一起，以密封和形成腔室13。在包括缸筒和顶盖的优选实施例中，缸筒包括一凸缘，使得顶盖可以容易地用螺栓连接到缸筒上以形成密封腔室13。在顶盖与缸筒之间可利用O形环来密封外壳11的这两个部分。

在其他实施例中，也可以使用其他结构的外壳11。例如，外壳11的这些部分可以沿着一条平行于旋转轴线24的直线联结成一蛤壳式构造。也可以是其他构造。优选地，外壳11由最低数量的部分制成，以减少所需的密封件数量。所使用的部分少，还可以降低制造成本，提高可靠性。

外壳11中限定一腔室13。在运行时，流量计10可能遭受高的内压力，这些高的内压力将由外壳11承受。因此，需要对外壳11进行密封而防止压力外泄。质量流量计可能用于喷气发动机燃料管线及其他极高压力区域，因此需要承受高压。燃料管线中的压力可能超过每平方英寸1400磅(psi)。利用压配合、螺纹、O形环(未显示)或其他通常使用的压力密封技术可以进行外壳部分的密封，以形成腔室13。

外壳11可以由任何适于处理流量计设计成所能承受的流体的材料制成。用于构造外壳11的可能的材料包括注塑塑料、铝和不锈钢，这里仅仅是仅举几个例子。

如图2所示，位于由外壳11形成的腔室13内部的是可旋转部件12A和12B。在此可旋转部件限定为流量计10的任何部件，其包括流动路径34的与流动路径入口相接或者从动量装置离开的一部分，并且设计成在流量计10运行在稳定状态下时以与动量装置14相同的角速度旋转。

当图2所示的流量计10运行时，流体通过流体入口4进入流量计10。在图2所示的实施例中，扭矩提供器21为一透平机，流体穿过该透平机，透平机连接于沿旋转轴线24延伸的轴8。随着流动的流体带动透平机旋转，轴8也被带动旋转。在图2所示的实施例中，流动路径34穿过可旋转部件12A、动量装置14和可旋转部件12B，然后流体通过流体出口6离开流量计10。

在图2所示的实施例中，可旋转部件12A和12B连接于可旋转的轴8，因而与该可旋转的轴一起旋转。虽然动量装置14也连接于可旋转的轴8，但是，动量装置14是借助偏压元件9(弹簧)连接于该可旋转的轴的。因此，虽然动量装置14随着流体流过流量计10也被带动而与可旋转的轴8一起旋转，但是，动量装置14将超前或滞后于所述可旋转的轴8和可旋转部件12A和12B的旋转，这将在下面阐明。

在图2所示的实施例中，流量计10具有两个可旋转部件12A和12B。但是，在其他实施例中，也可以只带有一个可旋转部件。例如，在有些实施例中，一个可旋转部件，即可旋转部件12A或12B中的任意一个，可以是静止的，不连接于所述可旋转的轴8，因而不是可旋转部件。在其他实施例中，可旋转部件中的一个，即可旋转部件12A或12B中的任意一个，也可能完全不存在。例如，流动路径34可以不穿过可旋转部件12B，可以离开动量装置14直接进入所述腔室13。

如图2所示，可旋转部件可以具体为各种不同的形状。例如，在图2的实施例中，可旋转部件12B显示为带有空腔18的缸筒，所述空腔18中装入动量装置14。可旋转部件12B也可以被称为转子、鼓桶或用于动量装置14的支撑装置。在图2所示的实施例中，动量装置14位于可旋转部件12B的空腔18之内。在所示的实施例中，可旋转部件12A起到流量调节器的作用，且与可旋转部件12B相接，以完全包围空腔18中的动量装置14，从而形成第二腔室。

在各个实施例中，任一可旋转部件12A或12B还可以用来将动量装置14连接到可旋转的轴8上。例如，动量装置14可以通过偏压元件(在图2所示的实施例中为扭簧)连接到任一可旋转部件12A或12B上，而不是直接连接于可旋转的轴8。虽然描述为动量装置连接到可旋转部件，但该连接不一定必须是直接连接。动量装置14连接于可旋转部件的参考包括动量装置14通过偏压元件9与由扭矩提供器21驱动的流量计10的任何其他部分的任何连接。例如，虽然在图2的实施例中，动量装置14通过偏压元件9直接连接到可旋转的轴8上，但是，图2所示的连接也可以被描述成使动量装置连接于可旋转部件，因为可旋转部件12A和12B是直接连接于由扭矩提供器21驱动的可旋转的轴8上。

如图2中的实施例所示，旋转轴线24从流量计10的上游侧26延伸到流量计10的下游侧28。在所示的实施例中，如旋转箭头所示，可旋转部件12A、可旋转部件12B和动量装置14设计成绕该轴线24旋转。但是，在其他实施例中，可旋转部件和动量装置14也可以绕轴线24来回颤动。取决于实施例，可旋转部件和动量装置14可以绕轴线24连续旋转，或者也可以以颤动方式旋转，即旋转一定度数，然后反向而沿另一方向回转。

可旋转部件12A和12B的旋转是一种被迫旋转，可以由任意数量的驱动机构或扭矩提供器21驱动。如图2所示，可旋转部件可以刚性固定到轴8上，轴8沿旋转轴线24延伸。在其他实施例中，外壳11外部的驱动马达可以作为所述扭矩提供器21，其使可旋转部件绕旋转轴线24旋转。扭矩提供器21可以是例如图2中的透平机、外部马达或任何其他适于使轴8和可旋转部件连续旋转或以来回交互颤动的方式旋转的驱动机构。

在不同的实施例中，扭矩提供器21或驱动系统可以位于动量装置14的上游或下游。优选地，如果使用透平机，透平机定位在动量装置14的下游。将透平机或其他驱动系统定位在动量装置14的下游，有助于减少驱动机构在流体中引入的任何湍流或涡流。湍流和涡流可能导致质量流量测量中的误差，因此是不希望的。在某些实施例(诸如图2所示的实施例)中，透平机可以集成到流量计10的外壳11内。如果流量计位于外壳11内，透平机可以集成到可旋转部件12A或12B中的一个上。在其他实施例中，透平机也可以定位到流量计10的外壳11外面。

如图2示例性例子所示，可旋转部件12A和12B可以直接连接于扭矩提供器21。在其他实施例中，可旋转部件可以通过一系列齿轮连接于扭矩提供器21，以允许配置扭矩和旋转速度。另外，齿轮系统是可调节的，以允许在构造流量计10之后和/或在运行期间调节齿轮比。

在图2所示的实施例中，可旋转部件12A也被设计成流量调节器。流量调节器用来调节进入动量装置14之前的流量。在图2所示的实施例中，可旋转部件12A与扭矩提供器21固定旋转，并作为流量调节器，在流体流进入动量装置14之前引导该流体流以与动量装置14相同的角速度旋转。在图2的示例性例子中，可旋转部件12A被带动旋转，因为其连接于沿轴线24延伸的可旋转的轴8。但是，可旋转部件12A可以连接于可旋转部件12B，并作为连接于轴8的一个整体部分被带动旋转。通常，可旋转部件12A和12B可以设计成单个整体式部件。

在其他实施例中，流量调节器可以与可旋转部件分开，而不集成到可旋转部件中。另外，流量调节器可以是静止的，或者由流量计10的旋转部件带动旋转。

动量装置14可以是设计成测量流体穿过流量计10时的动量的任何装置。例如，动量装置14可以是一动量轮。在图2的示例性实施例中，动量装置14被可旋转部件12A和可旋转部件12B完全包围。通过完全包围带有固定旋转部分的动量装置14，该示例性实施例降低了动量装置14所承受的剪切力。尤其是，剪切面已经从动量装置14的交接面移动到与驱动机构固定旋转的部件的外部交接面。

剪切面定义为流量计10的两个相邻部件A和B之间的平面或区域，在这样的平面或区域中，从部件A流至部件B的流体微粒的切向速度分量的变化将在所述部件A或部件B上产生剪切力。剪切面通常产生于流量计10的设计成在流量计10达到稳定状态时不以同一速度旋转的两个相邻部件之间。例如，剪切面可以存在于沿流动路径34从静止部件过渡到绕旋转轴线24旋转的部件上的地方。在图2的实施例中，剪切面位于在可旋转部件12B的下游侧以及可旋转部件12A的上游侧。因此，剪切面已被从流动路径34进入和离开动量装置14所在的交接面移除。

另外，如果旋转部件的侧面邻接静止部件，当它们绕旋转轴线旋转时，旋转部件的侧面可能承受切向剪切力。例如，切向剪切力可能存在于可旋转部件12A的外周和外壳11之间。在一个示例性实施例中，也可以保护动量装置14而不受切向剪切力的作用。如图2所示，动量装置被空腔18完全封装，由此保护动量装置14的侧面不受由外壳11的静止壁引起的剪切力的作用。

优选地，动量装置14被空腔18完全封装，而空腔18的腔体以与动量装置14同样的速度旋转或颤动。但是，在其他实施例中，动量装置14不一定必须被完全装入。例如，可旋转部件12A可以不卷绕形成空腔18。因此，当动量装置14旋转时，动量装置14的侧面与外壳11的静止壁可能遭受切向剪切力。在动量装置14没有完全被装入的替换实施例中，可以增大动量装置14与外壳11的壁之间的缝隙，以减少作用在动量装置14的侧面上的切向剪切力。

在其他实施例中，剪切面可能不能从动量装置14的两端移除。例如，在有些实施例中，可旋转部件12A可能不是可旋转部件，可能是不能绕轴线24旋转的静止流量调节器。因此，剪切面可能存在于动量装置14的上游侧与流量调节器之间。但是，由于流动路径34距离旋转轴线24的半径在从流量调节器到动量装置14的过渡处较小，所以，剪切面可能不会引起动量装置14的大的质量测量误差。所以，在有些实施例中，可旋转部件12A可以是静止流量调节器，或者完全不存在。

动量装置14包括流动路径34，所述流动路径34确定了流体穿过动量装置14的路径。在此所述的实施例的流动路径34的一个重要方面在于，当流体在动量装置14内部时，流动路径34改变了流体离旋转轴线24的径向距离。图2所示的实施例具有单个流动路径34。流动路径34沿旋转轴线24具有圆筒形横截面。流动路径34在上游侧26以较小直径进入动量装置14，并在下游侧28以较大直径离开动量装置14。直径上的变化增大了流动路径34离动量装置14内的旋转轴线24的距离，提供了很多好处，这将在后面论述。

为了确定流过质量流量计10的流体质量，动量装置14必须对流体加上或减掉一定可测量的角动量。如果流动路径34离旋转轴线24的距离在动量装置14内部是变化的，在不改变动量装置14相对于流量计10的其他旋转部件的相对角速度的情况下，动量装置14可以为流体加上角动量或从流体减掉角动量。相反也是如此，即：如果流体路径34离旋转轴线24的距离在动量装置14内部没有变化，则动量装置14必须相对于其他部件以不同的角速度旋转，以便改变流体的角动量。如果动量装置14以不同于流量计10的周围部件的速度旋转，这将在动量装置14的交接面上形成剪切力。剪切力取决于粘度和温度，因此，当在动量装置的交接面出现剪切力时，可能会显著加大质量流量测量的误差，尤其是在温度波动时。

当流动路径34的径向距离在动量装置14内部是变化的情况下，角动量守恒定律允许对动量装置14加上或减掉角动量，同时使动量装置14仍然以与周围部件相同的速度旋转。

在没有净扭矩的系统中，角动量是守恒的。系统的角动量由下列等式给出：

$\stackrel{\→}{L}=\stackrel{\→}{r}\×m\stackrel{\→}{v}$

这里，

是系统的角动量，

是微粒(particle)相对于旋转轴线的位置向量，

是微粒的质量乘以速度(

等于微粒的线性动量)。因而，角动量是向量

与线性动量

的向量积。角动量是守恒的，所以

和

成反比关系。

对于不带净扭矩而旋转的系统来说，当微粒远离旋转轴线时，微粒绕轴线的角速度被降低以使角动量守恒。相反也是如此，对于不带净扭矩而旋转的系统来说，当微粒靠近旋转轴线时，微粒角速度增大，以使角动量守恒。角动量守恒无处不在，即使在溜冰时也容易遵守。当溜冰者自旋并使手臂靠近身体时，溜冰者自旋变快。当溜冰者远离身体展开手臂时，自旋变慢。溜冰者在调整手臂位置时的角速度变化是由于角动量守恒的原因。

应当明白，通过对流量计10的动量装置14应用上述角动量定律，当流体更远离旋转轴线移动时，绕轴线旋转的流体旋转将变慢。相反，当流体更靠近旋转轴线移动时，流体旋转将变快。例如，如果已有一定旋转速度的流体进入动量装置14，并在处于动量装置14内部的情况下远离旋转轴线24向外流动，则动量装置14将旋转变慢。因此，动量装置14内离旋转轴线的距离变化的流动路径34的使用，允许通过仅仅以恒速保持动量装置14的旋转速度而对流体加上角动量或从流体减掉角动量。这允许动量装置14以与周围部件相同的相对速度旋转，同时仍然给流体加上或减掉角动量。通过使动量装置14和可旋转部件12A、12B保持以相同的角速度旋转，动量装置14的交接面上的剪切力被减小，或者在稳定状态下被完全消除。

现在描述图2的质量流量计10的基本运行。流体从外部管线进入外壳11的上游侧26，在所述外部管线人们希望知道流体的质量流速。可旋转部件12A和12B刚性固定于由扭矩提供器21(在图2的实施例中为透平机)驱动的轴8上。可旋转部件12A起到旋转的流量调节器的作用，随着流体流过可旋转部件12A，流体开始以与可旋转部件12A相同的角速度旋转。然后流体进入动量装置14，角动量不变。随着动量装置14内的流动路径34迫使流体更加远离旋转轴线24，流体体积的角速度通常减小以使角动量守恒。但是，动量装置14通过偏压元件9固定到轴8上，且被强制旋转。动量装置14因而增大了流体的角动量，同时保持流体绕旋转轴线24的角速度。虽然流体保持了相同的角速度，但是其角动量已经由动量装置14增大。

流体随后离开动量装置14，进入可旋转部件12B。因为可旋转部件12B也刚性固定到轴8上，所以可旋转部件12B也以与动量装置14和可旋转部件12A相同的角速度旋转。因此，可旋转部件12A、可旋转部件12B和动量装置14三个部件全部以相同的角速度旋转。

虽然流量计10仍然具有剪切面，但是，图2中实施例的新颖性结构已经将剪切面从动量装置14的交接面移到刚性固定于驱动机构的可旋转部件12A和13B的外部。因此，在这样的实施例中，剪切力被驱动机构克服，而不是由动量装置14及其连接弹簧所克服。所以，在稳定状态下，流量计10不易受剪切力的影响，因而不易受与流体粘度和温度相关的误差的影响。

由于不存在以不同速度旋转的零件，这样则减小或消除了动量装置14交接面上的剪切力。动量装置14交接面上的剪切力的减小或消除，减少或消除了由剪切力引起的误差。剪切力及其相关误差的减小则允许质量流量计10更精确地计算流动流体的质量，尤其是在可变温度环境中或者对于粘度不均匀的流体来说。

可以对进入或离开动量装置的流体进行调节，以进一步提高流量计10的精度。可以在动量装置14的前面或后面直接添加整流器30和32，以增加进入和离开动量装置14的流动的一致性。在图2的实施例中，整流器30和32分别集成到可旋转部件12A和12B中，并以与动量装置14相同的速度旋转。但是，整流器30和32也可以是单独的零件，并且不能旋转。如果整流器30和32是单独的零件，它们可以由与可旋转部件相同的马达或齿轮驱动，或者可以由单独的驱动系统驱动。例如，如果流量计包括沿旋转轴线24延伸的轴，该轴由上游或下游的透平机驱动，则整流器30和32可刚性固定到该轴上，以使它们与可旋转部件和动量装置14同步旋转。在整流器不旋转的实施例中，它们不需要连接到驱动系统的任何部分上。另外，可以使用任意数量的整流器。此外，在其他实施例中，可以在动量装置14之前或之后使用多于一个的整流器。在某些实施例中，整流器也可以被包含在进入流量计10之前或流量计10之后的管道中。

整流器30和32的重要作用是减少或最小化涡流。涡流是轴向流动中任何另外的流，例如流动路径中急转弯头或其他障碍物之后可能出现的流。包括涡流的流体流具有角动量的额外分量，该额外分量可以对绕流量计10的旋转轴线24的流体加上或减掉角动量。该额外角动量可能会对质量流量计算引入误差。整流器30和32有助于减少和最小化流体离开动量装置14之前和之后的涡流和湍流，由此可以进行角动量和质量流速的精确测量。

在图2中，整流器30和32显示为动量装置14的上游和下游侧上的流动路径34的笔直部分。但是，整流器可以具有有助于减少流体进入和离开动量装置14时的涡流和湍流的任意形状、大小或长度。

除了将剪切面移动到流量计10外部而远离动量装置14之外，动量装置14内部流动路径的径向距离的改变还具有其他优点。因为流体在动量装置14的上游侧靠近旋转轴线24进入，所以，由仍然存在的剪切力引起的任何扭矩都被剪切力产生的区域与旋转轴线24之间的非常短的距离(扭矩臂)最小化。所以，在流量调节器不固定旋转或者根本没有流量调节器的实施例中，由动量装置14上游侧的剪切面上的剪切力形成的扭矩被最小化。

此外，因为离旋转轴线24的径向距离在动量装置14内部是增加的，所以由剪切力引起的扭矩可以被最小化，同时仍然允许大的输入扭矩进入动量装置14。通过使用大的输入扭矩进行质量流量测量，减少了摩擦误差的相应显著性，形成对扰动的敏感性较小的、更精确的质量流量测量。摩擦扭矩近似为：流体进入动量装置14的截面平面上的剪切应力τ可以由下列等式表示：这里，μ是动态粘度，

是切向速度沿动量装置的轴线的梯度。由剪切应力生成的扭矩T_s可以近似表示为T_s≈A*τ*r₁，这里，r₁是平均进口半径，A是流体在动量装置14上的进口面积。最后，代入v_t＝r₁*ω，由剪切应力引起的不希望的扭矩变成T_s≈A*μ*ω*r₁ ²。

有用的测量扭矩T_M是

这里，r₂是动量装置14的平均排出口半径。这意味着，由剪切应力引起的不希望的扭矩的剔除率(rejection rate)为

这表明，通过选择动量装置14的进口和排出口半径之间的正确关系，可以实现大规模剔除。

虽然上面已经描述了流动路径34相对于离旋转轴线24的径向距离变化的某些重要方面，但是，穿过动量装置14的流动路径34可以采用许多可能的形状，并且可以包括任意数量的路径。例如，穿过该动量装置的流动路径34可以由从中心流动路径分支出来的若干独立流动路径构成。流动路径34可以是直径增大或减小的环。在某些实施例中，流动路径34可以由多个平行路径构成。例如，流动路径34可以分成由径向叶片分隔开的若干平行部分。流动路径34可以向外或向内倾斜，或者可以采取改变流动路径34离旋转轴线24的距离的任何其他路径。

图2的示例性实施例示出了径向距离增大的流动路径34，一种“从里向外的”流动路径。也可以使用其他改变径向距离的流动路径形状。例如，可以使用“从外向里的”流动路径。“从外向里的”形状的流动路径的径向距离的减小会导致动量装置加速或超前于可旋转部件，而不是像由“从里向外的”路径引起的那样，减速或滞后于可旋转部件。如果使用“从外向里的”流动路径34，质量流量计10可以测量使动量装置14减速以与可旋转部件12B以及周围零件的角速度相匹配所需的扭矩。一般来说，可以使用任何流动路径34穿过动量装置14，所述流动路径包括离所述旋转轴线的径向距离的变化。此外，可以优化流动路径的角度和形状，以便帮助减少作为流体流动的一部分的涡流和其他湍流。

另外，对于流动路径34来说，穿过流量计10的某些部件可能是有利的，而在其他实施例中，对于流动路径34来说，绕过某些部件可能是有利的。例如，使流动路径34穿过可旋转部件12B，允许结构紧凑，可以减少所需的部件数量，同时仍然能够使至少一个剪切面与动量装置14的交接面分隔开。

正如上所述，动量装置14优选通过偏压元件9(例如弹簧)连接到可旋转部件l2B上。但是，动量装置14也可以以很多方式连接于质量流量计10。如果使用弹簧，需要仔细校准弹簧常数(弹簧常数是对于特定偏移所需的力的测量)，以便允许弹簧准确测量在随着动量装置14旋转而流过的流体上赋予的扭矩。

当流体流过质量流量计10时，可旋转部件12A和12B被透平机或其他扭矩提供器21强制带动旋转。将动量装置14连接于可旋转部件12B或者其他旋转部件(例如轴8)的弹簧迫使动量装置14与可旋转部件12B一起旋转。由于流体的流动路径离旋转轴线24的距离增大，动量装置14通过弹簧以某一角速度的被迫旋转会增大流体的角动量。随着动量装置14对流动流体增加角动量，动量装置14上相应的扭矩导致连接所述动量装置14和可旋转部件12B的弹簧发生偏移。该偏移被转换成可使用仔细校准的弹簧常数测量的扭矩。

虽然优选使用弹簧作为连接动量装置14和任一可旋转部件12A或12B的偏压元件9，但是，可以使用能够被校准以指示动量装置14上的扭矩的任何偏压元件。如果使用弹簧作为偏压元件9，可以使用不同类型的弹簧。例如，可以使用扭簧、盘簧、扭杆、压缩弹簧或拉簧来连接动量装置14和可旋转部件12B。在一优选实施例中，弹簧常数是可调的，以在校准过程中允许容易地进行流量计10的精密调节。

动量装置14必须绕旋转轴线24自由旋转。动量装置14被偏压元件9约束到流量计10上，但仍然应该能够绕旋转轴线24自由旋转。由动量装置14的旋转引起的摩擦加剧了质量流量计算时的任何误差。为此，在一个示例性实施例中，动量装置14安装在绕旋转轴线24的轴承上。但是，在其他实施例中，可以使用其他方法连接动量装置14，包括滚珠轴承或轧辊轴承、磁推轴承、套筒轴承、宝石轴承、高压液压轴承或任何其他类型的允许动量装置14自由转动的低摩擦连接件。

在使用较高弹簧常数从而引起较小相位移角度的实施例中，或者在可旋转部件和动量装置14颤动而不是完全绕旋转轴线24旋转的实施例中，也可以使用连接动量装置14的其他方法。例如，由于所需的角偏移有限，可以使用屈曲(flexion)轴承或枢轴承。

轴承上的摩擦是产生滞后的主要原因，取决于轴向和径向上的机械载荷。根据压力需要，可使用液压轴承，以允许动量装置14绕旋转轴线24自由旋转。通过在动量装置14的背部施加与动量装置14前部相同的压力，可以对轴向载荷进行补偿。

在优选实施例中，流量计10设计成允许少量液体特意泄漏到动量装置14与空腔18的壁和/或轴之间的区域，以形成液压支承。此外，该“泄漏”还用于使径向和轴向上的压力保持相等。另外，在优选实施例中允许液体泄漏到外壳11与内部部件之间形成的腔室13中。

在另一个实施例中，使用永磁体(例如磁推轴承)来使动量装置14绕旋转轴线24悬浮。悬浮消除了动量装置14与流量计10的其余部件之间的摩擦。此外，通过使用永磁体轴承，可减小或移除滞后。

当动量装置14绕旋转轴线24旋转并且液体的角动量因而增大时，连接所述动量装置的弹簧发生偏移。该偏移需要准确测量，以便计算流体施加于动量装置14的扭矩。一旦处于稳定状态，动量装置14就以与可旋转部件相同的角速度旋转。但是，由于弹簧连接以及动量装置14必须施加以改变穿行流体的角动量的恒定力的原因，动量装置14会滞后或超前于可旋转部件的旋转。可以测量该旋转相位移以确定弹簧偏移。

在图2所示的实施例中，使用磁式拾波器(magnetic pickups)来测量动量装置14和可旋转部件12B旋转时的相位移。磁式拾波器由紧贴着穿过线圈导线7行进的磁铁5构成。当磁铁5经过线圈导线7时，在导线上感应生成电流，所述电流可被作为信号测量。通过在可旋转部件12B和旋转的动量装置14两者上都放置磁铁5，可以确定可旋转部件12B相对于动量装置14的旋转。当安装在可旋转部件12B或者动量装置14上的每个磁铁5穿过线圈时，线圈中感应生成电流，所述电流作为信号可被监测到。可旋转部件12B经过线圈拾波器7时与动量装置14穿过线圈拾波器7时之间的时间差是确定弹簧偏移所需的相位移。

虽然如图2所示优选使用动量装置14和可旋转部件12B作为确定相位移的两个旋转部件，但是，也可以使用除可旋转部件12B之外的其他部件。在其他实施例中，可以测量动量装置14与任何其他固定旋转的部件之间的相位移。例如，可以确定动量装置14与可旋转的轴8或可旋转部件12A之间的相位移。在这样的实施例中，可将磁铁5从可旋转部件12B重新放置到另一可旋转的部件上。磁铁5和线圈导线7的其他配置也是可行的。

磁铁5可以以许多方式配置在动量装置14和可旋转部件上。例如，磁铁5可以配置在流量计10的外部或内部。另外，磁铁可以各自具有自己的线圈导线拾波器，或者也可以共用一个线圈导线拾波器7。通过颠倒动量装置14或可旋转部件12B上的一个磁铁5的方向和极性，对可旋转部件12B和动量装置14两者可以使用单个线圈拾波器7传感器。当反向的磁铁5穿过线圈拾波器7时，各个磁铁5感应产生相反方向的电流。电流方向的颠倒可用来区分可旋转部件12B的信号和动量装置14的信号。因此，两个零件可以共用单个线圈导线拾波器7。通过减少线圈拾波器7的数量，减少了零件数量，降低了成本，并提高了可靠性。另外，所需的布线也可以减少。也可以使用其他检测弹簧偏移的方法，包括基于电容、电感、光或涡电流的方法。

在使用与上述磁式拾波器相同原理的另一个实施例中，磁铁可以放置在线圈导线拾波器7的内部。然后将铁靶安装在旋转部件上来取代磁铁。当铁靶经过拾波器7时，拾波器7上的磁通量发生变化，从而在线圈上感应生成电压，所述电压可被检测到。

与构造外壳11所利用的材料相类似，内部部件，例如可旋转部件12A和12B和动量装置14，可以用任何适于流体流过的材料制成。例如，内部部件可以由注塑塑料、不锈钢、铝或任何其他适合的金属、塑料、陶瓷或其他材料制成。

图3示出了颤动式质量流量计50的实施例的截面视图。图3所示的质量流量计50还包括一另外的动量装置15。另外的动量装置15的添加提供了冗余测量，有助于计算更精确的质量流量读数。动量装置14和15的输出扭矩可以平均，或者只是相加或比较，以增加整体质量流量测量的精度。虽然图2和图3的实施例分别显示了一个动量装置和两个动量装置，但是，可以添加任意数量的动量装置，以增大扭矩，从而提高精度，或者提供冗余测量。

图3中流量计50的实施例相比于图2中流量计10具有另外的优点，即穿过动量装置14和15的流动路径34的入口和出口的输入直径和输出直径是相同的。从图3可以看到，第一动量装置14增大了流动路径34的直径，第二动量装置15将流动路径34的直径回复至原有直径。优选使入口和出口保持相同的直径，这是因为这允许流量计50可以直接内嵌置于已有管道中，不用进一步改变。但是，不需要添加另外的“从外向里的”动量装置来使流动路径34回复至其输入直径。如图2所示，不用添加另外的动量装置15，流量计10就可以使流动路径34回复至其在外壳11内的进口直径。

在其他实施例中，不用使流动路径回复至其原有直径，也可以使用另外的动量装置。例如，某些实施例可以包括多个动量装置，同时仍然从流动路径34的进口直径增大或减小流动路径34的排出口直径。

除具有另外的动量装置之外，图3中流量计50的实施例与图2中流量计10的实施例的不同还在于，流量计50设计成绕旋转轴线颤动，而不是完全绕其旋转。流量计50包括可旋转部件60A和60B。可旋转部件60A和60B集成在一起，以形成空腔18，动量装置14和15定位在空腔18中。可旋转部件60A和60B分别具有集成到它们中的流量调节器30和32。

代替由透平机和旋转轴驱动，流量计50包括外部马达56，其作为扭矩提供器。外部马达56借助齿轮系统58驱动可旋转的部件。外部马达56设计成周期转换方向，从而使得可旋转部件60A和60B在固定轴62上来回颤动。动量装置14和15通过四个偏压元件52连接于可旋转部件60A和60B。在图3所示的实施例中，偏压元件52是弹簧。随着可旋转部件的来回颤动，动量装置14和15借助于它们通过偏压元件52的连接而被强制跟随可旋转部件。

当流体流过流量计50时，流体在初始半径r1处进入动量装置14，并在较大半径r2处离开动量装置14。流动路径34在动量装置14内的半径上的变化导致动量装置14滞后于可旋转部件60A和60B。然后，流体在半径r3处进入第二动量装置15，并在较小半径r4处离开第二动量装置15。流动路径34在第二动量装置15内的半径上的减小导致该动量装置超前于可旋转部件60A和60B。

如图3的示例性实施例所示，r1等于r4，r2等于r3，这样导致流动路径穿过流量计50时的流动路径半径没有净变化。正如上面有关图2的流量计10所解释的，其他流动路径结构也是可行的。

流量计50中的旋转零件由外部马达56驱动而绕固定轴62旋转。旋转零件可通过轴承或任何其他允许这些零件摩擦尽可能少地旋转的方式支撑在轴上。如图3的实施例所示，集成的可旋转部件60A和60B通过位于中心的轴承支撑在轴62上，所述轴承沿着可旋转部件60A和60B的整流器部分30和32的轴线定位。

图3中体现的流量计还使用了霍尔效应(Hall effect)传感器54来确定动量装置14和15的位置。霍尔效应传感器测量磁场的变化，可与磁铁5组合作为图2的实施例所示的导线线圈拾波器的一种替换方式。当磁铁来回颤动时，霍尔效应传感器检测的磁场发生变化。霍尔效应传感器54使用磁场变化来确定动量装置14和15的相对位置。

从图3还可以看到，当使用多于一个的动量装置时，磁铁5可以放置在每个动量装置上，而不是像图2的实施例所示的那样放置在动量装置和可旋转部件上。因为流量计50的流动路径34的结构导致动量装置14超前于可旋转部件并导致动量装置15滞后于可旋转部件，所以借助于霍尔效应传感器54，动量装置之间的相对差别可用来确定质量流速。

虽然图3所示的实施例与图2的实施例具有一定区别，但是，图3的实施例仍具有流动路径34，所述流动路径34穿过动量装置，然后进入设计成从动量装置本身的交接面移除剪切面的可旋转部件。为此，图2和图3所示的实施例的结构元件是可以互换的。例如，流量计的实施例可使用两个动量装置，可以旋转而不是颤动。再例如，流量计的实施例可以使用容纳在外壳11中的马达或者位于外壳11外部的透平机。

图4示出了质量流量计200的实施例的截面视图。质量流量计200与图2的质量流量计10类似，除了它包括流动路径的进口和排出口位于其同一侧的动量装置14之外。在图4所示的实施例中，流动路径34在动量装置14内的总体流动方向基本上被反向。

在图4所示的实施例中，流体在离旋转轴线24的半径r1处进入，在离旋转轴线24的半径r2处离开。流体进口和流体排出口两者位于流量计200的同一侧。通过使流体在同一侧进入和离开流量计200，这样则允许流量计200安装在其中不适合允许流体流过的流量计、例如图2所示的流量计10安装的紧凑位置中。

另外，流量计200的结构允许扭矩提供器更容易地安装在外部以及更容易地向沿旋转轴线24延伸的轴提供扭矩。在图4所示的实施例中，扭矩提供器为与旋转轴线24同轴安装的外部马达56。

如图4所示，尽管流动路径被改变并且流体进口和排出口位于流量计的同一侧，但内部部件类似于流量计10的实施例。虽然一些内部部件可能具有稍微不同的尺寸以适应不同的几何形状，但是，它们具有如同流量计10的详细说明中所述那样的作用。

在流体在离旋转轴线24的半径r1处进入动量装置14之前，流体通过可旋转部件210B进入质量流量计200。在质量流量计200的一优选实施例中，可旋转部件210A将连接于可旋转部件210B，并与可旋转部件210B一起旋转。但是，在质量流量计200的另一实施例中，可旋转部件210A可以正好固定到流体入口附近的外壳上，而且是静止的。在又一个实施例中，可以完全省略可旋转部件210A，流体直接进入动量装置14。

与在此所述的流量计的其他实施例类似，可旋转部件210A和210B分别具有集成到它们中的流量调节器30和32。在有些实施例中，流量调节器可以是整流器。

并且与在此所述的其他实施例类似，流体在旋转的动量装置14内从半径r1转换到半径r2，从而改变流体的角动量。在图4所示的实施例中，流体在半径r2处离开动量装置14，进入可旋转部件210B。可旋转部件210B的形状设计成形成空腔18。另外，额外的盖板19关闭空腔18，以消除(close out)动量装置14和外壳11之间的剪切面。流体在离开可旋转部件210B之后进入一环形流道35。环形流道35收集全部流体，并将流体引导至流体出口36。

如图4所示，在质量流量计200的优选实施例中，流体出口36与流体入口位于外壳11的同一侧。在质量流量计的其他实施例中，流体出口36可以位于外壳11的外周上，从环形流道35向外径向引出。

虽然图4中显示的是在流体流量计200的同一侧、在半径r1和r2处的进入和离开，但是，进口和排出口的其他配置也是可以的，同时仍包括使流动路径34的方向大体上反向的动量装置14。例如，尽管流体流过流体流动方向显著改变了的动量装置14，流动路径仍可以允许流体穿过流量计。在又一个实施例中，在同一流量计内，可以组合使用基本上使流体流动方向反向的多于一个的动量装置14。此外，流体进口和排出口可以位于相互定向成90度的侧面。一般来说，流体路径34可设计成允许流体进口和排出口位于流量计的任意侧面。使流动基本上反向的动量装置、允许流动穿过的动量装置以及它们的组合可以结合起来形成各种各样的流动路径和各种各样的流体进口和排出口位置。

图4中流量计200的实施例与图2中流量计10的实施例的一个区别在于，流动路径离开外壳与流动路径进入外壳大体上在同一侧。通常，质量流量计安装在液力单元例如图1所示的燃料计量单元100的外部，流体来自所述液力单元，而且必须又返回到所述液力单元。该质量流量计200的优点在于，其能够直接安装在液力单元上，不用额外的管道作业。

图4中流量计200的实施例的一个优点在于，质量流量计的总长度显著减小。在某些实施例中，使流体流动方向反向的质量流量计的总长度可以减小到允许流体穿过的质量流量计的长度的大约一半。总重量也相应减小。

因为外壳11必须承受流体压力，所以，当所规定的静压较高时，外壳11的壁必须具有相当大的厚度。所以在很多情况下，外壳的重量是主要的。所以，长度上可能的减小使质量流量计的重量减少几乎一半。

图5示出了质量质量流量计300的实施例的截面视图，其中流动路径在同一侧进入和离开流量计。但是，图5所示的实施例没有使用使流体流动方向基本上反向的动量装置。而是，流体流动在外壳11内被反向。一般来说，流量计的不同实施例可以设计成允许流体在任意侧以任意组合进入和离开流量计。在图5所示的实施例中，流体在流动路径302引导流体绕流量计返回其进入的同一侧的地方离开可旋转部件12、进入外壳11内。

虽然上面参照优选构造和具体的例子描述了实施例，但是，本领域技术人员应当容易明白，对在此所述的用于测量质量流量的设备和方法的许多改变和改进都是可以的，都不会偏离下文要求保护的实施例的精神和范围。因而，应当清楚明白的是，该说明书仅仅是作为例子，不作为对下文所要求保护的实施例的范围的限制。

Claims (34)

1.一种质量流量计，其包括：

外壳，所述外壳包括流体入口和流体出口，其中，外壳中限定一腔室；

可旋转部件，该可旋转部件布置在所述腔室中，并能够绕一轴线旋转；

动量装置，该动量装置布置在所述腔室中，并借助一偏压元件连接于所述可旋转部件，以便能够绕所述轴线旋转并能够相对于所述可旋转部件旋转；和

流体路径，该流体路径与所述流体入口和流体出口流体连通，其中，该流体路径穿过所述可旋转部件和动量装置两者，以及其中，流体路径在离所述轴线径向距离r1处进入所述动量装置，并在离所述轴线径向距离r2处离开所述动量装置，其中，r1和r2是不同的距离。

2.如权利要求1所述的质量流量计，还包括：

第二动量装置，该第二动量装置布置在所述腔室中，并借助一偏压元件连接于所述可旋转部件，以便能够绕所述轴线旋转并能够相对于所述可旋转部件旋转；和

其中，所述流体路径穿过第二动量装置，以及其中，该流体路径在离所述轴线径向距离r3处进入第二动量装置，并在离所述轴线径向距离r4处离开第二动量装置，其中，r3和r4是不同的距离。

3.如权利要求1所述的质量流量计，还包括容纳在所述腔室内部的整流器，其中，所述流体入口和动量装置之间的流体路径的一部分由所述整流器限定。

4.如权利要求3所述的质量流量计，其中，所述整流器设计成与所述可旋转部件固定旋转。

5.如权利要求1所述的质量流量计，其中，在所述可旋转部件内部的流动路径的至少一部分设计成整流器。

6.如权利要求1所述的质量流量计，其中，所述可旋转部件限定一第二腔室，该动量装置容纳在第二腔室内。

7.如权利要求1所述的质量流量计，还包括沿所述轴线延伸的能够旋转的轴。

8.如权利要求1所述的质量流量计，还包括耦合于所述可旋转部件的扭矩提供器。

9.如权利要求7所述的质量流量计，还包括借助所述能够旋转的轴耦合于所述可旋转部件的扭矩提供器。

10.如权利要求1所述的质量流量计，其中，所述偏压元件是扭簧。

11.如权利要求8所述的质量流量计，其中，所述扭矩提供器是透平机，

12.如权利要求8所述的质量流量计，其中，所述扭矩提供器是马达，

13.如权利要求1所述的质量流量计，其中，r1小于r2。

14.如权利要求8所述的质量流量计，其中，所述可旋转部件和动量装置设计成由所述扭矩提供器在同一旋转方向上连续地驱动。

15.如权利要求8所述的质量流量计，其中，所述可旋转部件和动量装置设计成通过所述扭矩提供器的作用而来回颤动。

16.如权利要求1所述的质量流量计，还包括传感器，该传感器布置成测量所述偏压元件的偏移。

17.如权利要求16所述的质量流量计，其中，所述传感器通过确定所述动量装置的旋转和所述可旋转部件的旋转之间的相位差，测量偏压元件的偏移。

18.如权利要求1所述的质量流量计，还包括传感器，该传感器布置成测量动量装置的角速度。

19.如权利要求1所述的质量流量计，还包括传感器，该传感器布置成测量所述动量装置和所述可旋转部件之间的扭矩。

20.如权利要求16所述的质量流量计，其中，所述传感器进一步被布置成还测量动量装置的角速度。

21.如权利要求1所述的质量流量计，其中，流体在所述动量装置的同一侧进入和离开该动量装置。

22.一种质量流量计，包括：

外壳，该外壳中限定一腔室，所述外壳具有流体入口和流体出口；

可旋转部件，该可旋转部件布置在所述腔室中，而能够绕一轴线旋转；

动量装置，该动量装置布置在所述腔室中，以便能够绕所述轴线旋转并能够相对于所述可旋转部件旋转，其中，该动量装置借助一能够在所述可旋转部件与动量装置之间传递扭矩的元件而与所述可旋转部件相互作用；和

流体路径，该流体路径从流体入口到流体出口穿过外壳，其中该流体路径包括限定在所述动量装置内部的第一部分和限定在所述可旋转部件内部的第二部分，以及其中，所述第一部分具有在离所述轴线径向距离r1处的流体进口和在离所述轴线径向距离r2处的流体排出口，其中，r1和r2是不同的距离。

23.如权利要求22所述的质量流量计，其中，所述流体进口和流体排出口位于动量装置的同一侧。

24.如权利要求22所述的质量流量计，其中，在动量装置内，流体路径的流动方向基本上被反向。

25.如权利要求22所述的质量流量计，其中，所述流体入口和流体出口位于外壳的同一侧。

26.如权利要求22所述的质量流量计，其中，r2大于r1。

27.如权利要求22所述的质量流量计，还包括第二动量装置，所述第二动量装置借助一偏压元件连接于所述可旋转部件，以便能够绕所述轴线旋转并能够相对于所述可旋转部件旋转，以及其中，所述流体路径还包括限定在该第二动量装置内部的第三部分，所述第三部分具有在离所述轴线径向距离r3处的流体进口和在离所述轴线径向距离r4处的流体排出口，其中，r3和r4是不同的距离。

28.如权利要求27所述的质量流量计，其中，r1和r2之间的径向距离的变化与r3和r4之间的径向距离的变化在大小上基本相等，方向相反。

29.如权利要求22所述的质量流量计，还包括传感器，该传感器布置成测量所述可旋转部件和动量装置之间的旋转相位差。

30.一种质量流量计，其包括：

外壳，所述外壳包括流体入口和流体出口，其中，所述外壳中限定一腔室；

从流体入口到流体出口的流体路径；

可旋转部件，该可旋转部件布置在所述腔室中，并能够绕一轴线旋转；

动量装置，该动量装置布置在所述腔室中，并借助一偏压元件连接于所述可旋转部件，以便能够绕所述轴线旋转并能够相对于所述可旋转部件旋转，其中，所述流体路径从流体进口到流体排出口横穿所述动量装置；和

其中，该质量流量计设计成在所述动量装置和可旋转部件绕所述轴线旋转时去除流体进口和流体排出口处的剪切面。

31.如权利要求30所述的质量流量计，其中，所述流体进口位于离所述轴线径向距离r1处，流体排出口位于离所述轴线径向距离r2处，以及其中r1明显不同于r2。

32.一种质量流量计，包括：

外壳，所述外壳包括流体入口和流体出口，其中，该外壳中限定一腔室；

可旋转部件，该可旋转部件布置在所述腔室中，并能够绕一轴线旋转；

动量装置，该动量装置布置在所述腔室中，并借助一偏压元件连接于所述可旋转部件，以便能够绕所述轴线旋转并能够相对于所述可旋转部件旋转；和

流体路径，该流体路径与所述流体入口和流体出口流体连通，其中，该流体路径在离所述轴线径向距离r1处进入所述动量装置，并在离所述轴线径向距离r2处离开所述动量装置，其中，r1和r2是不同的距离，以及其中，在所述动量装置内，该流体路径的方向基本上被反向。

33.一种质量流量计，包括：

可旋转部件，该可旋转部件布置成能够绕一轴线旋转；

动量装置，该动量装置布置成能够绕所述轴线旋转并能够相对于所述可旋转部件旋转，并借助一能够在所述可旋转部件与动量装置之间传递扭矩的元件而与所述可旋转部件相互作用；

穿过所述动量装置的流体路径，其中，该流体路径在第一侧上在离所述轴线径向距离r1处进入动量装置，并在该第一侧上在离所述轴线径向距离r2处离开动量装置，其中，r1和r2是不同的距离；和

用以确定流体施加在动量装置上的角动量的装置。

34.一种燃料控制系统，包括流量计，所述流量计包括：

外壳，所述外壳包括流体入口和流体出口，其中所述外壳中限定一腔室；

可旋转部件，该可旋转部件布置在所述腔室中，并能够绕一轴线旋转；

动量装置，该动量装置布置在所述腔室中，并借助一偏压元件连接于所述可旋转部件，以便能够绕所述轴线旋转并能够相对于所述可旋转部件旋转；和

流体路径，该流体路径与所述流体入口和流体出口流体连通，其中，该流体路径穿过所述可旋转部件和动量装置两者，以及其中，所述流体路径在离所述轴线径向距离r1处进入所述动量装置，并在离所述轴线径向距离r2处离开所述动量装置，其中，r1和r2是不同的距离。

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