CN104101393B - 一种质量流量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种质量流量传感器，其包括两个平行式设置的结构相同的测量管、激振器和检测器，各测量管构造为关于纵向中心对称的型，并具有两直管段、用于两端分别与两直管段垂直式连接的中间直管段，以及用于平滑式连接各直管段和中间直管段圆弧段，激振器设置在中间直管段的中心位置上的，激振器的线圈和磁钢分别位于不同的测量管上，检测器对称式设置在激振器两侧的，并且各检测器的线圈和磁钢分别位于不同的测量管上，其中，当流体以相等的质量流过两个测量管时，激振器振动两个测量管以引发科氏效应，检测器检测振动信号用于得到流体的质量流量。该质量流量传感器具有灵敏度高、压损低、易于加工匹配等优点。

Description

一种质量流量传感器

技术领域

本发明属于测试计量仪表领域，具体涉及一种质量流量传感器。

背景技术

流量测量仪表是生产、节约能源、改进产品质量、提高经济效益的重要工具，在国民经济中占有重要的地位。广泛应用于石油、化工、天然气、环保、医药、卫生、食品、贸易结算、各种机器设备等各个领域。同时，随着生物、医疗、食品卫生、微量化学等领域的发展，这些行业对小流量的精确测量和控制提出严格要求，因而推动了微小流量测量技术的快速发展。

科氏质量流量传感器(Coriolis Mass Flowmeter，CMF)以其能直接测量质量流量的卓越优点受到广泛的关注，其具有的高精度、高可靠性和稳定性使得CMF在工业中得到越来越多的应用。CMF利用流体流过振动管道时产生的科氏效应对管道两端振动信号相位或幅度的影响来测量流过管道的流体质量，同时，通过振动管谐振频率的变化可以测量流体的密度，是一种高性能、多参数测量的谐振式传感器。

但是目前常用的质量流量传感器，常存在稳定性差，灵敏度不高的问题。

发明内容

为了解决上述部分或全部技术问题，本发明的目的是提供一种质量流量传感器。该质量流量传感器包括：

两个平行式设置的结构相同的测量管，各测量管构造为关于纵向中心对称，并具有两直管段、用于两端分别与两直管段垂直式连接的中间直管段，以及用于平滑式连接各直管段和中间直管段的圆弧段，

设置在中间直管段的中心位置上的激振器，激振器的线圈和磁钢分别位于不同的测量管上，

设置在激振器两侧的检测器，并且各检测器的线圈和磁钢分别位于不同的测量管上，

其中，当流体以相等的质量流过两个测量管时，激振器振动两个测量管以引发科氏效应，检测器检测振动信号用于得到流体的质量流量。

在一个实施例中，检测器关于纵向中心对称式位于偏离圆弧段的中心靠近直管段的位置处。

在一个实施例中，圆弧段的圆弧半径与所述测量管的直径的比为4～10。优选地，圆弧段的圆弧半径与所述测量管的直径的比为5。

在一个实施例中，激振器的线圈与检测器的线圈位于不同的测量管上。

在一个实施例中，在各直管段上分别设置至少两个定距板。优选地，在各直管段上分别设置两个定距板，并且两个定距板的纵向距离为20～40mm。

在一个实施例中，通过相对式设置的第一固定组件和第二固定组件将激振器连接在测量管上，第一固定组件包括与一个测量管固定连接的第一支撑件和与第一支撑件固定连接的第一固定块，其中，第一支撑件上设置有能与相应的测量管配合的第一弧口，第一固定块上设置用于安放激振器的磁钢的第一夹持槽，第二固定组件包括与另一个测量管固定连接的第二支撑件和与第二支撑件固定连接的第二固定块，其中，第二支撑件上设置有能与相应的测量管配合的第二弧口，第二固定块用于固定激振器的线圈以与激振器的磁钢配合。

在一个实施例中，在测量管的两侧端口处设置与两测量管均连通的分流器。

在一个实施例中，该质量流量传感器还包括包围测量管、激振器和检测器的外壳，外壳的外形构造为匹配测量管的外形，外壳的两侧与两分流器分别固定连接。

在一个实施例中，在外壳的一侧设置连通外壳内腔的配接连接管，在配接连接管上固定连接变送器。

与现有技术相比，本发明包括以下优点。此质量流量传感器采用关于纵向中心对称的测量管，减少了流场影响，并且稳定性好，灵敏度高。由于在直管段与中间直管段设置了圆弧段，减小了流体流动阻力，降低了压损。从而使得该质量流量传感器适用范围广，能测定粘度高，杂质含量高的液体的质量流量。并且，该质量流量传感器结构简单，加工方便，综合性能高。检测器在圆弧段的设置位置使得该质量流量传感器的测量精度和灵敏度均有显著提高。采用多重或双重定距方式设置两测量管的之间的距离，增加了该质量流量传感器的结构稳定性，减小了测量管内部的振动耦合，从而提高了传感器的抗干扰能力。通过第一固定组件和第二固定组件将激振器连接在测量管上，使得激振器的磁钢和线圈安装方便，容易满足两者的同轴度要求。同时使得激励力能直接作用在测量管上，适用于较大的测量口径。由于连接变送器设置在外壳的一侧，使得该质量流量传感器在非对称位置出线，由此，避免了增加额外的引线结构，简化了该质量流量传感器的整体结构。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明的质量流量传感器的立体图。

图2显示了根据本发明的质量流量传感器的仰视图。

图3显示了检测器在测量管上的安装位置。

图4显示了来自图1的局部图。

图5显示了第一固定组件的结构图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的质量流量传感器100的立体图。如图1所示，流量传感器100包括两个测量管1、激振器3和两个检测器4。两个测量管1平行布置，即两者在图1中前后间隔式重叠布置。并且每个测量管1构造为关于纵向中心对称的型，其具有两直管段11、与两直管段11分别相连接的中间直管段12，以及用于平滑式连接两直管段11和中间直管段12的圆弧段13。也就是，两直管段11和中间直管段12大体垂直，并且在直管段11与中间直管段12相连接的位置处设置光滑过渡的圆弧段13。在中间直管段12的中心位置上设置激振器3，激振器3的线圈31和磁钢32分别位于不同的测量管1上(在图2中可看出)。在激振器3的两侧设置两个检测器4，检测器4位于测量管1上，同时检测器4的线圈41和磁钢42分别位于不同的测量管1上(在图2中可看出)。例如，激振器3为电磁式激振器，检测器4为电磁式检测器。

由此，根据科里奥利效应，两根型测量管1平行设置并构成一个音叉，以消除外界振动的影响。两测量管1在激振器3的激励下，以其固有频率振动，振动相位相反。由于测量管1的振动效应，在测量管1内流动的每个流体微团得到一个科氏加速度，测量管1便受到一个与此加速度方向相反的科氏力。由于型测量管1的进、出两侧所受到的科氏力方向相反，而使测量管1发生扭转，其扭转程度与其扭转刚性成反比，而与测量管1内瞬时质量流量成正比。位于测量管1的进流侧和出流侧的两个检测器4在音叉每振动一周的过程中，检测出两路振动信号，两路信号的相位差与检测管1的扭摆度，即瞬时流量成正比。通过计算信号间的相位差，可计算出质量流量。

由此，采用对称式的型测量管1，其稳定性好，具有很高的动态平衡性。测量管1在两直管段11和中间直管段12连接处采用平滑的圆弧段13过渡，能减小流体阻力，从而减小了压力损耗。并且此测量管1结构简单，加工方便，制造成本低。由此，该质量流量传感器100的具有整体性能良好，测量精度高等优点，且适用范围广，能测定粘度高，杂质含量高的液体的质量流量。

根据本发明，如图3所示，两个检测器4对称式设置在两圆弧段13上。并且检测器4位于偏离圆弧段12的中心靠近直管段11的位置处。也就是，圆弧段13的圆心角为α，检测器4所处位置将α分为α1和α2，靠近中间直管段12的角α2大于靠近直管段11的角α1。这种设置使得检测器4位于根据科氏效应的分布应力产生的大形变位置处，由此提高了质量流量传感器100的灵敏度。

优选地，为了降低生产成本，测量管1可以采用316L不锈钢管制造。但是，测量管1不限于利用这种材质的管材，例如还可以采用钛、哈氏合金，以及其它材质的管材。并且，为了使流体通过测量管1时的压力损失小，圆弧段13的圆弧半径与测量管1的直径的比为4～10，降低由于测量管1弯曲而带来的压力损失。尤其是在检测器4位于偏离圆弧段12的中心靠近直管段11的位置处的基础上，优选地，圆弧段13的圆弧半径为5倍测量管1的直径。由此，在保证灵敏度的情况下，降低了压力损失，从而提高了质量流量传感器100的综合性能。

在一个实施例中，激振器3的线圈31与检测器4的线圈41位于不同的测量管1上，如图2所示。也就是说，当激振器3的线圈31位于一个测量管1上时，检测器4的线圈41位于另一个测量管1上。同时，激振器3的磁钢32位于另一个测量管1上，而检测器4的线圈41位于一个测量管1上。通过上述设置，使得测量管1具有稳定的工作状态，受外部扰动的影响小，自我调节能力强。

根据本发明，如图1所示，在两个平行的测量管1的直管段11上分别设置至少两个定距板6。定距板6设置为与直管段11垂直的板状件，并且每个定距板6上设置有供两测量管1穿过的两个孔61。优选地，在两直管段11上分别设置两个定距板6，用于将两根平行的测量管1固定。例如定距板6可通过真空钎焊的方式同时固定两个测量管1。这种设置方式不会引起测量管1变形，使得两根测量管1的特性完全相同。同时，在提供流量测量所需的有限扭曲和弯曲时，定距板6在直管段11的位置变化将改变质量流量传感器100的谐振频率，可以根据所设计的频率来确定定距板6在直管段11的位置。因此，为了减小了测量管1的振动耦合，并使得测量管1的抗干扰性强。进一步优选地，两个定距板6的纵向距离为20～40mm。

在一个实施例中，激振器3通过相对式设置的第一固定组件7和第二固定组件8固定在测量管1上。如图4和图5所示，第一固定组件7包括第一支撑件71和第一固定块72。第一支撑件71构造为槽状体，并在槽状体71的侧壁上设置用于与测量管1匹配的第一弧口73，以用于将槽状体71卡接在测量管1的外壁上。第一固定块72通过紧固螺钉74安装在槽状体71的槽内，在第一固定块72的与槽状体71的槽底接触的相对应面上设置第一豁口75，第一豁口75用于安放激振器3的磁钢32。当磁钢32的一端插入到第一豁口75中后，通过调整穿过第一豁口75的调整螺钉76将磁钢32夹紧在第一固定块72上。相似地，第二固定组件8包括槽状体的第二支撑件81和通过紧固螺钉84连接在第二支撑件81上的第二固定块82。在第二支撑件81设置第二弧口83用于与另一个测量管1配合。第二固定块82上设置螺纹孔(图中未示出)，以使得通过螺钉(图中未示出)将线圈31固定在第二固定块82上。第一支撑件71和第二支撑件81相对应地卡接在不同的中间直管段13的中点处，例如可通过焊接方式固定连接。

在安装激振器3的线圈31和磁钢32的过程中，可以通过调整第一固定组件7和第二固定组件8在测量管1上的安装位置，以调整线圈31和磁钢32的位置。使得安装操作更简单方便。同时，第一支撑件71和第二支撑件81的结构有利于将其方便地安装到测量管1上。安装时，为保证线圈31和磁钢32的同轴度，提高质量流量传感器100的测量精度，通过微调第一固定组件7和第二固定组件8的位置便可实现。由此，避免了现有技术中位置调解困难、安装不方便的问题。尤其是，在磁钢32出现问题时，能通过拆卸紧固螺钉74或/和调整螺钉76来实现快速更换和维修。在线圈31出现问题时，能通过拆卸紧固螺钉84或/和螺钉(图中未示出)来实现快速更换和维修。此外，还可通过调整第一固定组件7和第二固定组件8的尺寸，可适应两测量管1的测量口径和两者之间的平行间隔距离的变化，从而提高了质量流量传感器100的使用范围。尤其是测量管1的口径较大时，通过这种结构固定激振器3，使激振力能直接作用在测量管1上。

同理地，检测器4的线圈41和磁钢42可以采用与上相同的结构固定在测量管1上。

根据本发明，如图1所示，在测量管1的两侧端口处设置与两测量管1均连通的分流器9。从而实现了将介质均匀地分配到两个平行设置的测量管1中，并在另一侧汇合。在测量管1的两侧还设置有与分流器9连通的法兰10。法兰10的设置方便了与外界管道的连接。假设，待测流体由由一侧的法兰10进入一侧的分流器9后，被等质量均匀地分成两路流体，进入两个平行设置的测量管1中，在另一侧两路流体通过分流器9汇聚由另一侧的法兰10流出。需要注意地是，流体也可以从另一侧法兰10流入，而从一侧法兰10流出。

为增加质量流量传感器100的稳定性，在两个分流器9之间设置连接件22。同时为保证质量流量传感器100的紧凑性和美观性，连接件22可构造为外形与分流器9匹配的管状，且两端分别与两个分流器9固定连接。

质量流量传感器100还包括包围测量管1、激振器3和检测器4等部件的外壳23。外壳23对设置在其内的部件起到了支撑和隔振的作用。为了更好地保护位于外壳23内的部件，外壳23可构造为与测量管1外形相似的大致的型结构。外壳23的两侧分别与第一分流器9和第二分流器10固定连接。并且为了制造安装方便，在型外壳的两侧和底部连接处可采用楔形形状。需要说明地是，外壳23不限于此种结构，还可以构造为其它结构形式。例如，方形体结构。

在外壳23的一侧设置连通外壳23内腔的配接连接管24，在配接连接管24上固定连接变送器25。例如，配接连接管24可与设置在外壳23的一侧的分流器9固定连接，并通过分流器9而穿过外壳23的壁，与外壳23的内空间连通。但是，配接连接管24并不影响分流器9与测量管1或外管连接的通路。这种设置使得该质量流量传感器100在非对称位置出线，由此，避免了增加额外的引线结构，简化了该质量流量传感器100的整体结构。

综上，本发明的质量流量传感器100具有灵敏度高、压损低、易于加工匹配等优点。能有效提高质量流量传感器100的使用性能及机械品质因数，大大减小了流场影响。测量管1具有良好的动态平衡特性，并且可以测定粘度高、杂质含量高的液体质量流量和气体质量流量，进一步扩大了质量流量传感器100的应用范围，满足工业发展对流量测量的准确度和范围的需求。此外，质量流量传感器100结构简单，安装及加工方便。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (6)

1.一种质量流量传感器，其特征在于，包括：

两个平行式设置的结构相同的测量管，各所述测量管构造为关于纵向中心对称，并具有两直管段、用于两端分别与两所述直管段垂直式连接的中间直管段，以及用于平滑式连接各所述直管段和所述中间直管段的圆弧段，

设置在所述中间直管段的中心位置上的激振器，所述激振器的线圈和磁钢分别位于不同的所述测量管上，

设置在所述激振器两侧的检测器，并且各所述检测器的线圈和磁钢分别位于不同的所述测量管上，

其中，当流体以相等的质量流过两个所述测量管时，所述激振器振动两个所述测量管以引发科氏效应，所述检测器检测振动信号用于得到流体的质量流量，

所述检测器关于纵向中心对称式位于偏离所述圆弧段的中心靠近所述直管段的位置处，

所述测量管的两侧端口处设置与两所述测量管均连通的分流器，

包围所述测量管、所述激振器和所述检测器的外壳，所述外壳的外形构造为匹配所述测量管的外型，所述外壳的两侧与所述两分流器分别固定连接，在所述外壳的一侧设置连通所述外壳内腔的配接连接管，在所述配接连接管上固定连接变送器。

2.根据权利要求1所述的质量流量传感器，其特征在于，所述圆弧段的圆弧半径与所述测量管的直径的比为4～10。

3.根据权利要求1或2所述的质量流量传感器，其特征在于，所述激振器的线圈与所述检测器的线圈位于不同的所述测量管上。

4.根据权利要求1所述的质量流量传感器，其特征在于，在各所述直管段上分别设置至少两个定距板。

5.根据权利要求4所述的质量流量传感器，其特征在于，在各所述直管段上分别设置两个定距板，并且所述两个定距板的纵向距离为20～40mm。

6.根据权利要求1或2所述的质量流量传感器，其特征在于，通过相对式设置的第一固定组件和第二固定组件将所述激振器连接在所述测量管上，所述第一固定组件包括与一个所述测量管固定连接的第一支撑件和与所述第一支撑件固定连接的第一固定块，其中，所述第一支撑件上设置有能与相应的所述测量管配合的第一弧口，所述第一固定块上设置用于安放所述激振器的所述磁钢的第一夹持槽，所述第二固定组件包括与另一个所述测量管固定连接的第二支撑件和与所述第二支撑件固定连接的第二固定块，其中，所述第二支撑件上设置有能与相应的所述测量管配合的第二弧口，所述第二固定块用于固定所述激振器的所述线圈以与所述激振器的所述磁钢配合。