CN1040150C - 质量流量计 - Google Patents

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Abstract

按科氏原理工作的流动介质质量流量计，它至少有一根直的流过流动介质的测量管，至少一个激振器和一个测定振动的传感器，至少一个用来安装上述各元件的支承管，以及至少一个测定测量管温度的温度传感器，以便根据测量管温度修正测量值。测量管与支承管连接处的轴向距离表示测量管的振动长度，其特征为：设置了一个测定测量管振荡长度变化的长度改变传感器，以便根据振荡长度和应力修正测量值。

Description

质量流量计
本发明涉及一种按科里奥利原理工作的流动介质质量流量计，它至少有一根直的流过流动介质的测量管，至少一个作用在测量管上的激振器，至少一个测定科里奥利力和/或科里奥利(简称科氏)力引起的科氏振动的测量值传感器，至少一个用来安装测量管、激振器和测量值传感器的支承管，以及至少一个测定测量管温度的温度传感器，以便根据测量管的温度修正测量值，测量管和支承管以沿轴向不能相对移动的方式互相连接，测量管与支承管连接处的轴向距离表示测量管的振动长度。
已知有不同结构形式的按科氏原理工作的流动介质质量流量计，在实际工作中得到越来越广泛的采用(参见DE-OS 2629833，2822087，2833037，2938498，3007361，3329544，3443234，3503841，3505166，3526297，3632800，3707777，3916285，4016907，4124295，2124296和4129181，EP-OS 0083144，0109218，0119638，0196150，0210308，0212782，0235274，0239679，0243468，0244692，0261435，0271605，0275367和0282552以及US-PS4491009，628744和4666421)。
在按科氏原理工作的流量计有两种完全不同的形式，一种的测量管基本上是直的，另一种的测量管是环状的。此外，此所述类型的流量计或只有一根测量管，或具有两根测量管。在具有两根测量管的结构形式中，流动方式可以是串联的或是并联的。
直线形测量管(一根或两根)的流量计，结构形式比较简单，制造成本因而较低。而且，测量管的内表面可得到良好的加工，例如通过抛光。此外，流动的压力损失小。
按科氏原理工作的直线形测量管质量流量计存在的缺点是；因温度引起的长度变化和应力以及从外部作用的力和力矩，都将导致测量误差和机械损伤，亦即产生应力裂纹。
专业人员已经注意到在按科氏原理工作的流量计中由于温度改变而造成的测量误差。
首先已经认识到，E模量与温度有关这一特性，将影响测量管的振动频率和弹性，并进而影响测量值；由此而采取的措施是设置测定测量管温度的温度传感器，以便根据测量管的温度来修正测量数据(见文献“测试自动化”一章，1987，301-305页，W.Steffen和博士W.Stumm的论文“采用科氏法的流量直接测量”)。
此外，本文开始所述类型的流量计，由于采用以下措施已经在相当大的程度上考虑了测量值与温度的关系，即设置一个测定支承管温度的温度传感器，以便根据支承管温度修正测量值(见DE-OS3632800和EP-OS 0261435)。由两个温度传感器产生的信号输入修正电路，此修正电路应能消除温度对测量数据的影响。具体而言，规定修正电路将测量值乘以一个修正系数K＝K0+K1T1+K2T2+K3T1 2+K4T2 2+K5T1T2，式中T1是测量管温度，T2是支承管温度，K0、K1、K2、K3、K4和K5均为常系数，对于结构形式确定的流量计，它们是一定的。实践已经证明可以忽略高次项，所以只要将未加修正的测量值乘以修正系数K＝K0+K1T1+K2T2，便可得到有足够精度的温度补偿。在前面所介绍的现有流量计中，虽然对于可认为是造成测量误差的外因，即测量管和支承管的温度进行了修正，但并未涉及由这些外因所引起的内部原因。
最后，已知一种按科氏原理工作的流量计，这是一种本发明作为出发点的流量计，它有一根介质流动的直的测量管，一个作用在测量管上的激振器，两个测定科氏力引起的科氏振动的测量值传感器，以及一根用于安装测量管、激振器和测量值传感器的支承管，然而没有设置测定测量管温度的温度传感器。在此流量计中对此采取了别的方式，即尽管测量值在相当大程度上是与温度有关的，但温度的改变却并不造成大的测量误差(见DE-OS 4124295)。在此种流量计中，支承管设计为所谓的补偿圆柱，通过它或与它连接在一起，补偿了温度的变化以及从外部作用的力和力矩，或至少在相当大的程度上消除了它们的影响。由测量管和设计作为补偿圆柱组成的组合部件，对于温度变化以及从外部作用的力和力矩可以说是“免疫”的。为了实现这种对温度及外部作用力和力矩的“免疫”，在此流量计中还采取了补充措施。第一个这种类型的补充措施是，在支承管内的测量管有预拉应力。于是，随着温度的增加，预拉应力逐渐减小。第二个使之有“免疫”能力的补充措施是，测量管和支承管采用膨胀系数相同或几乎相同的材料，尤其是使用膨胀系数较小的材料。有关此已知质量流量计的其它详情，在DE-OS4124295的公开文件中有明确的说明。
由前面所详细说明的现有技术出发，本发明的目的是进一步改进本文开始所述类型的质量流量计，以便采用简单的方法，使测量值与温度变化和外部作用力基本无关。
按本发明达到上述目的的流量计首先和基本的特征为，设置了一个测定测量管振荡长度变化的长度变化量传感器，以便根据振荡长度和应力来修正测量值。
按本发明的流量计一方面考虑到测量管温度的变化，另一方面考虑测量管长度的变化以及测量管振荡长度的变化(这些变化均影响测量值)，以便修正测量值。因此，由于测量管和支承管的温度改变引起的测量误差，以及外部作用力引起的测量误差，都得以消除。
在所述类型的流量计中，来自测量值传感器的信号，通过计算电路后所得出的测量值，主要取决于测量管的振动频率。测量管的振动频率则又取决于测量管与温度有关的相氏模量E、有效的振荡长度、测量管名义的振荡长度以及测量管的轴向应力状态；测量管的振动频率只是间接地与支承管的温度和从外部作用于支承管上的力有关，亦就是说，它们将只是改变测量管的振荡长度和/或轴向应力状态。如同在现有技术中那样，本发明的流量计首先通过设置一个测取测量管温度的温度传感器，以便根据温度来修正测量值，从而可以考虑到与温度有关的相氏模量E的变化对测量管振动频率的影响，并可在实际上完全消除由此而造成的测量误差。除了获得测量管温度的温度传感器以外，本发明还加设一个测定测量管振荡长度的长度变化传感器，因此可以考虑到影响测量管振动频率的测量管振荡长度的改变和轴向应力状态，并可以消除由此而引起的测量误差，而且，特别重要的是，既消除了由于测量管和/或支承管温度化引起的，也消除了由于从外部作用于测量管和/或支承管上的力引起的测量误差。由长度变化传感器给出的长度改变信号，直接反映测量管振荡长度的变化，而与引起变化的原因无关，同时间接反映了轴向应力的变化，而也与引起此变化的原因无关。根据测量管振荡长度的变化，也可以确定测量管轴向应力的变化，由此得出，测量管轴向应力状态的改变与测量管振荡长度的改变呈线性关系。本发明所设测定测量管振荡长度变化的长度变化传感器，还给出了这样的可能性，即在确定测量值时，实际上完全消除了测量管振荡长度和轴向应力状态的变化以及由此引起的测量误差。在本发明流量计中所采取的措施，考虑了所有改变测量管振动频率的影响因素，并因而可以在实际上完全消除由此而引起的测量误差。
还可以对本发明的流量计在细节上作出多种设计和进一步改进，这尤其是有关长度变化传感器的实施方面。现结合附图对本发明最佳实施例作一介绍。附图包括：
图1  本发明流量计第一种实施例的纵剖面；
图2  本发明流量计第二种实施例的纵剖面；
图3  本发明流量计第三种实施例的纵剖面；
图4  图3中A部分的局部放大；
图5  本发明流量计第四种实施例的纵剖面；
图6  图5中B部分的局部放大。
本发明流动介质的质量流量计是指的那种按科氏原理工作的。因此在本发明的流量计中，有一根流过介质的直的流量管1，有一个作用于测量管上的激振器2，以及有两个测定科氏力或由科氏力引起的科氏振荡的测量值传感器3。在所示的实施例中，激振器2与设在测量管1上的振臂4共同工作。在DE-OS 4023989中有关于所采取的措施“带振臂4的测量管1”的说明，它所公开的内容也是本文中明确公开的内容。图1、2和4表示测量管1上还设有惯性件5，改变它的质量和位置可在一定范围内影响测量管1的固有频率。
此外，对于本发明作为出发点的流量计、本发明的流量计、以及按本发明流量计的所有实施例均为适用的是，它设有一根安装测量管1、激振器2、测量值传感器3、以及一般来说还有的惯性件5的支承管6，并至少设有一个测定测量管1的温度传感器，其中，测量管1和支承管6以沿轴向不可相对移动的方式互相连接，测量管1和支承管6连接点的轴向距离表示测量管1的振荡长度，测定测量管1温度的温度传感器7，用来根据测量管的温度修正测量6。
在所表示的本发明流量计各种实施例中，测量管1通过两个固定在支承管6端部的连接环8，与支承管6连接。此外，设有一个外安装圆筒9，里面装有由测量管1、激振器2、测量值传感器3、振臂4、惯性件5以及一般情况还设有的支承管6和连接环8构成的组合部件。安装圆筒9上有两个固定在端部的连接环10，在每一个连接环上连接有一个向外突出的连接法兰11。与测量管1连接的连接管12，穿过连接环10伸入连接法兰11中。最好将测量管1和连接管2设计成一体，这就是说是一根整体直通管。为了保护连接管12，在它们的外面安装加强套13。
在DE-OS4124295中说明了测量管1、支承管6、连接环8、安装圆筒9、连接环10、连接法兰11、连接管12和加强套13以及这些构件互相连接的情况，它所公开的内容也是本文中明确公开的内容。
按本发明设置一个测定测量管1振荡长度变化的长度变化传感器14，以便根据振荡长度和应力来修正测量值。所以，通过什么途径和以什么方式考虑所有改变测量管振动频率的影响因素，并在实际上可以完全消除由此而产生的测量误差的问题，业已一一作了说明。
在图中没有表示，由温度传感器7产生的温度信号和由长度变化传感器14产生的长度变化信号是如何处理的。对此存在着各种可能性。其中一个可能性是，由温度传感器7产生的温度信号输入第一个修正电路中，而由长度改变传感器14产生的长度变化信号传入第二个修正电路，这两个修正电路的修正信号，可以在一个计算电路中对根据测量值传感器的信号所获得的测量值进行修正。还有一种可能性是，由温度传感器7产生的温度信号和由长度改变传感器14产生的长度变化信号都传入唯一的一个修正电路中，修正电路的修正信号可以在一个计算电路中对根据测量值传感器的信号获得的测量值进行修正。最后，还有一种可能性是，由温度传感器7产生的温度信号和由长度改变传感器14产生的长度变化信号，输入一个修正和计算电路中，并在那里对根据测量值传感器的信号获得的测量值进行修正。
如已阐明的，尤其是有关长度改变传感器14的实施方案有多种可能性，这些可能性的每一种可见附图所表示的本发明流量计的各种实施例。
在图1和2中所示之本发明流量计实施例中，长度改变传感器14设计为电阻应变片。在图1的实施例中，设计为电阻应变片的长度改变传感器14本身安置在测量管1上。由于测量管1和支承管6沿轴向不能相对运动地互相连接，所以设计为电阻应变片的长度改变传感器14，也可以安置在支承管6上，图2表示了这一种实施例。
在图3(与图4)和图5(与图6)所表示的本发明流量计实施例中，长度改变传感器14有两根长度改变检测杆15，它们采用膨胀系数特别小的材料制成。小膨胀系数可使长度改变检测杆15因温度引起的长度变化，实际上对测定测量管1振荡长度的变化不产生影响。在长度改变传感器14的这种实施例中，也还可以如图3所示将其设在支承管6之内，或如图5所设在支承管6之外。
如图4所详细表示的，在图3所示的实施例中，长度改变检测杆15互相面对的那两个端部设有电容片16。在此实施例中，长度的变化通过电容的改变来测定。而图6所表示的按图5的实施例则与之不同，在长度改变检测杆15的两个互相面对的端部之间设电阻应变片17。在此种实施例中，长度的变化是通过应变片17的电阻变化来测定的。
最后，还应指出，在所表示的本发明流量计所有的实施例中，均设置两个设计为热敏电阻的温度传感器7，最好为pt-1000，而且在测量管1的两端均设有连接管12。因此，当测量管1的起始温度不同于其最终温度时，所提供的测量管1的温度可以是平均值。具体而言，这两个温度传感器7是串联的，所以为了处理由这两个温度传感器7产生的温度信号，总共只需要两个外部接头。

Claims (15)

1.按科氏原理工作的流动介质质量流量计，它至少有一根直的流过流动介质的测量管，至少一个作用在测量管上的激振器，至少一个测定科氏力和/或科氏力引起的科氏振动的测量值传感器，至少一个用来安装测量管、激振器和测量值传感器的支承管，以及至少一个测定测量管温度的温度传感器，以便根据测量管温度修正测量值，测量管和支承管以沿轴向不相对移动的方式互相连接，测量管与支承管连接处的轴向距离表示测量管的振动长度，其特征为：设置了一个测定测量管(1)振荡长度变化的长度改变传感器(14)，以便根据振荡长度和应力修正测量值。
2.按照权利要求1所述的质量流量计，其特征为：由温度传感器(7)产生的温度信号传入第一个修正电路中，而由长度改变传感器(14)产生的长度变化信号输入第二个修正电路中，这两修正电路的修正信号，可以在一个计算电路中，对根据测量值传感器的信号所获得的测量值进行修正。
3.按照权利要求1所述的质量流量计，其特征为：由温度传感器(7)产生的温度信号和由长度改变传感器(14)产生的长度变化信号，传入唯一的一个修正电路中，修正电路的修正信号可以在一个计算电路中，对根据测量值传感器的信号所获得的测量值进行修正。
4.按照权利要求1所述的质量流量计，其特征为：由温度传感器(7)产生的温度信号和由长度改变传感器(14)产生的长度变化信号，输入一个修正和计算电路中，并在那里对根据测量值传感器的信号所获得的测量值进行修正。
5.按照权利要求1至4之一所述的质量流量计，其特征在于：长度改变传感器(14)设计为电阻应变片。
6.按照权利要求5所述的质量流量计，其特征为：设计为电阻应变片的长度改变传感器(14)安置在测量管(1)上。
7.按照权利要求5所述的质量流量计，其特征为：设计为电阻应变片的长度改变传感器(14)安置在支承管(6)上。
8.按照权利要求1所述的质量流量计，其特征为：长度改变传感器(14)至少有一根长度变化检测杆(15)。
9.按照权利要求8所述的质量流量计，其特征为：所述长度变化检测杆(15)采用膨胀系数特别小的材料制成。
10.按照权利要求8所述的质量流量计，其特征为：长度改变传感器(14)设在支承管(6)内部。
11.按照权利要求8所述的质量流量计，其特征为：长度改变传感器(14)设在支承管(6)的外部。
12.按照权利要求8至11之一所述的质量流量计，其特征为：长度改变检测杆(15)互相面对的那两个端部设有电容片(16)。
13.按照权利要求8至11之一所述的质量流量计，其特征为：在长度改变检测杆(15)之间设一个电阻应变片(17)。
14.按照权利要求1至4之一所述的质量流量计，其特征为：两个温度传感器(7)设在测量管(1)的两端，或设在与测量管(1)连接的连接管(12)上。
15.按照权利要求1至4之一所述的质量流量计，其特征为：它按科氏原理工作，用于测量流动介质的流量，它至少有一根直的流过流动介质的测量管，至少一个作用在测量管上的激振器，至少一个测定科氏力和/或科氏力引起的科氏振动的测量值传感器，至少一个用来安装测量管、激振器和测量值传感器的支承管，以及至少一个测定测量管温度的温度传感器，以便根据测量管的温度修正测量值，测量管和支承管以沿轴向不能相对移动的方式相互连接，测量管与支承管连接点的轴向距离表示测量管的振荡长度，两个温度传感器(7)设在测量管(1)的两端，或设在与测量管(1)连接的连接管(12)上，且这两个温度传感器是串联的。
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