CN1046027C - 流量测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一用于流动介质的流量测量装置，该装置按科氏原理工作，并带有至少一个导引流动介质的至少基本是直的科氏导管(1)；在该科氏导管(1)上至少作用一个振荡器(2)及至少一个科氏力和/或测取以科氏力为基础的科氏振动的感受元件(3)。本发明的流量测量装置的温度波动及外作用力和动量不产生测量误差，即在任何情况下哪怕是极小的数值的误差也不会产生，也不产生机械故障，为此设置了一补偿圆筒(6)，科氏导管(1)装于该补偿圆筒(6)中。

Description

流量测量装置
本发明涉及用于流动介质的流量测量装置，该装置按科氏(Cor-zolis)原理工作，它带有至少一个导引流动介质且至少基本是直的科氏导管，至少一个作用在该科氏导管上的振荡器及至少一个科氏力和/或测取以科氏力为基础的科氏振荡的感受元件。
在按科氏原理工作的流动介质流量测量装置中，人们原则上是按两方面来区分的，其一是科氏导管是直管，其二是科氏导管是做成单弯或多弯的弯管，也可制成管环路。此外，人们可根据两方面区别存在问题的流量测量装置，其一是该科氏导管只有一根，其二是该科氏导管有两根；在两根科氏导管的情况下，两管在流动技术上是相互串联或并联的。
在流量测量装置的实施例中，科氏导管是做成直的管或者众科氏导管都是做成直的管，这在机械制造方面是简单的，从而具有相当低的成本；其中管的内表面可以进行很好的加工，如可抛光处理。此外，它还具有相当小的压力损失。
按科氏原理工作并将科氏导管制成直的或将众科氏导管都制成直的流量测量装置，首先存在这样的缺点，即它不仅因受热而产生热膨胀或热应力，而且因外力和动量作用会产生测量误差和机械故障，即应力裂纹。
EP-317340A2,W088108517,US-4972724和CN2070436U公开了将科氏导管设置在一个补偿圆筒内，以减小温度变化和外力及动量的影响，但仅仅这样尚不能将这种影响减小到最低程度。
因此，本发明之任务在于提供一种本文开头所描述的流量测量装置，在该装置中，科氏管或若干科氏管至少基本是做成直的；或者是这样布置和进一步构成的，即温度波动和/或外作用力与动量在任何情况下都不会导致产生测量误差，哪怕是微小的数值，和/或不产生机械故障。
本发明的流量测量装置的第一个实施例的特征在于：设置有补偿圆筒，并且科氏导管装置设于该补偿圆筒内。最好，该科氏导管和补偿圆筒以在轴向不能相对运动的方式相互连接起来，即在补偿圆筒的两端用连接环封住。在此，补偿圆筒是指一个与科氏导管最好同心并包围该导管且与该科氏导管也即金属科氏导管相连接的金属圆筒，通过该补偿圆筒对温度波动和/或外作用力和动量作出补偿，也即将其影响消除至最低的程度。该由科氏导管和补偿圆筒构成的组合单元通过该补偿圆筒并且在必要时通过进一步的措施可以不受温度波动和/或外作用力和动量的影响。
本发明的流量测量装置的第二个实施例之特征在于：科氏导管和补偿圆筒是用热膨胀系数相同或相近的材料制成的，更好的是用相当低的热膨胀系数的材料制成的。因此，该由科氏导管和补偿圆筒构成的组合单元将在很大程度上消除温度波动的影响。
以科氏原理工作的流量测量装置之不足之处在于，该装置的科氏导管是直的，从而使它在一确定的结构长度内具有一相当高的固有频率。流量测量装置的实施方式中是将科氏导管构造成弯曲形的或者若干科氏导管都构造成弯曲形的，按照带有直管的结构具有优点的观点，这是有缺点的，然而有利的是弯管结构在一确定的结构长度内具有相当低的固有频率。
此外，对人们熟知的按科氏原理工作的带有最少一个至少基本是直的科氏导管的流量测量装置，适用的是其科氏振荡具有一相当小的振幅并因此使可获得的测量值是非常小的，不管在激发方式还是在科氏方式中，该结果是因该种直科氏导管的相当高的刚性而产生的。
此外，在所有成问题的根据科氏原理工作的带有最少一个至少基本是直的科氏导管的流量测量装置，还会产生如下问题，即产生不希望的带各种频率的干扰振动；该干扰振动频率与所希望的激发方式和科氏方式的振荡频率极为接近。
本发明的另一任务在于：根据这些易于取得的测量结果对本发明提出的流量测量装置作出改进。
根据本发明的流量测量装置的第三个实施方式，其特征在于：用于激发方式的科氏导管的刚性得到提高，特别是通过这样的方式提高，即科氏导管通过至少一个用于激发方式而提高其刚性的加固弹簧加载。最好只设置一单独的加固弹簧，而科氏导管用该加固弹簧于中心加载。根据本发明，用于激发方式的科氏导管的刚性是增加，而不会对用于科氏方式的科氏导管的刚性产生值得注意的影响。这样就可安全地保证激发方式的振荡频率相对不希望的亦即干扰振荡的频率足够的强大。因此，该干扰振荡之影响得到了较彻底的抑制。
总之，本发明的流量测量装置具有其它可能的布置和进一步的结构，这些一方面表示于从属于权利要求1的权利要求中，另一方面表示于各实施例中。这些实施例将结合附图说明如下。在附图中：
图1是根据本发明的流量测量装置的第一个实施例的纵剖视图；
图2是图1中的局部放大剖视图；
图3是相对于图2的通过图1和2所示的流量测量装置的沿线Ⅳ-Ⅳ的放大剖视图；
图4是与图3相似的剖视图，但其是通过其余未图示出的本发明的流量测量装置的第二个实施例而剖得；
图5是通过本发明的流量测量装置的第三个实施例局部的纵剖视图；
图6是通过本发明的流量测量装置的第四个实施例局部的纵剖视图；
图7是通过本发明的流量测量装置的第五个实施例局部的纵剖视图；
图8是通过本发明的流量测量装置的第六个实施例局部的纵剖视图；
图9是通过本发明的流量测量装置的第七个实施例局部的纵剖视图的简化图；
图10是通过图9中的结构顺着纵向沿线Ⅱ-Ⅱ的横剖视图；
图11是相对于图9和图10的放大的透视图，其中图9和10所示的流量测量装置有加固弹簧。
本发明的流动介质的流量测量装置，是涉及一种按照科氏原理工作的流量测量装置。因此本发明的流量测量装置带有引导流动介质的直的科氏导管11(图1至图6和图9)或基本是直的科氏导管1(图7、图8)；在科氏导管上作用有一个振荡器2和两个科氏力和/或测取基于科氏力的科氏振荡的感受元件3，在图1所示的实施例中，振荡器2与一设置于科氏导管1上的摆臂4一起起作用。此外，图1示出了该科氏导管1还设有质量块5，通过该质量块的质量及设置位置可在一确定的范围内影响科氏导管1的固有频率。
根据本发明，首先设置有一补偿圆筒6，并且科氏导管1安装于该补偿圆筒6中。在此科氏导管1和补偿圆筒6相互连接在轴向方向不产生相对运动。在所有的图示实施例中，补偿圆筒6的两端部接有连接环7。该连接环7可通过焊接或硬焊与补偿圆筒6连接。还可想象得出，该连接环还可在端侧旋入补偿圆筒中。更可取的是该连接环7是用与科氏导管1同样的材料制成的。该科氏导管1是通过焊接或硬焊最好是通过真空硬焊与连接环7相连接。
首先应该说明，科氏导管1通过补偿圆筒6或与之结合，且必要时结合其它措施，可使其不受温度波动之影响和/或不受外部作用力和动量的影响。
使科氏导管1不受温度波动影响的另一个措施是，科氏导管1在补偿圆筒6中设置拉预应力，该拉预应力可借助于提高温度而消除，并且由此而产生的压应力可保持在允许的范围之内。
如果科氏导管1和补偿圆筒6可选择特殊的材料，则该实际措施，即“带拉预应力的科氏导管在补偿圆筒内的设置”是有用的。更可取的是，科氏导管1由镍合金，特别是由哈斯特耐蚀镍基合金C22构成，而补偿圆筒6由镍合金，特别是由哈斯特耐蚀镍基合金C4或由非合金钢AISI1078构成。
前面已经说明，科氏导管1最好是通过硬焊与连接环7连接，而较为合适的是用焊接温度为约1000℃的镍合金作焊接材料。
如果以前面描述的方式并以前面已说明的材料工作，那么科氏导管所期望的拉预应力将自动获得，即在钎焊期间，科氏导管1比其它部件伸长更多，因此冷却后就可获得所希望的拉预应力，而且该拉预应力大约80至100MPA。
使科氏导管1不受温度波动影响的一种更进一步的措施是：用相同或相近热膨胀系数的材料，尤其是用相当微小的热膨胀系数的材料制造科氏导管1和补偿圆筒6。按照这个观点，较为合适的是科氏导管1用钛或钛合金而补偿圆筒6用非合金钢、铁素体不锈钢或镍合金制成。
使科氏导管1不受温度波动影响并不受外作用力和动量影响的另一补充措施在于：设有一个外部保护圆筒8，该圆筒8最好是用不锈钢制成，而由科氏导管1、补偿圆筒6及连接环7构成的组合单元装于保护圆筒8内部。该实施方式之特征最好是在于：该保护圆筒8两端设置有最好是由不锈钢制成的连接环9，并将两端封住。在每个连接环9上都连接一向外伸出的连接法兰10，并且与科氏导管1相连的连接管11伸过连接环9进入连接法兰10中。比较合乎目的的方式是将科氏导管1和连接管11做成一整体，最好是一整体直通导管。
此外，最好是每个连接管11都由一加固圆筒12包住以保护起来。
根据上述之大量理由，比较合乎目的的是将连接管11带有拉预应力装于加固圆筒12中，并且该连接管11是通过硬焊，最好是通过真空硬焊并最好是用焊接温度为约1000℃的镍合金与该加固圆筒12连接。这示明于图3中。
以上还说明了这样的措施，即为使科氏导管1不受温度波动和外作用力及动量的影响，将科氏导管1和补偿圆筒6选用相同或相近热膨胀系数的材料，尤其热膨胀系数相当小的材料制成。因此，按着本发明的流量测量装置的这种实施方式就不必要将连接管11与加固圆筒12连接起来。这种情况示明于图4中。
根据本发明之措施形成了由“科氏导管1补偿圆筒6和连接环7”构成的组合单元，正如已说明的一样，主要是用于测量的科氏导管1或多或少是不受温度波动和外作用力与动量的影响的。有关连接管11的措施前面已说明过了，这里示出另一个由图5所示的可能的结构。即如前述，该连接管11可做成波纹形的，通过该种结构，从而可安全地保证由科氏导管1，补偿圆筒6和连接环7构成的组合单元能在确定的范围内进行热膨胀，而不会产生总体上不许可的高的应力。
图6、7和8示出了根据本发明流量测量装置的实施例，在这些实施例中，用与图5不同的其它方式使由科氏导管1、补偿圆筒6和连接环7构成的组合单元之热膨胀不会产生不允许的高应力。
在只由图6示出的实施例中，连接管11在加固圆筒12和连接法兰10中是可轴向运动的。在此，一密封装置13设置于连接管11的远离科氏管1的端部。该密封装置为O形环。图6所示的实施例在这种情况也是适合的，即密封装置13为半圆形的，并由聚四氟乙烯制成，并通过一由不锈钢制成的弹簧(未示出)加载。
在图7所示的实施例中，连接管11是弯曲的，即为S形的，而在实施例8中，科氏管1的端部14是弯曲的，即四分之一圆弧形的。图7中示出该弯曲结构的连接管11的直径比科氏导管的直径大。因此，因弯曲而引起的压差减小或者完全消除。
在图9和10的实施例中，该科氏导管1借助于一个用于激发方式而提高其刚性的加固弹簧15加载，加固弹簧作用于科氏导管1的中间。本发明之原理还可提高用于激发方式的科氏导管1的刚性，但科氏方式的科氏导管1的刚性则不受影响。因此，根据本发明之措施，现在能保证：按激发方式，科氏导管1的振荡频率较不希望的干扰振荡的频率显得足够的强，因此，干扰振荡的影响得到了足够的抑制。
根据本发明设置的加固弹簧15可具有不同的形式。在附图所示的实施例中，该加固弹簧15是板簧，尤其在图11中示明了，并且是带有一桥板16和两腿部17、18的U形板簧，在由桥板16隔开的两腿部17、18的每个端部均设置有一个向外指向的固定的法兰19、20。
如上面详细说明的那样，根据本发明的流量测量装置的附图示出的实施例，它涉及这样的装置，该装置的科氏导管1设置于补偿圆筒6之内，加固弹簧15设置于科氏导管1和补偿圆筒6之间。详细地说，该加固弹簧15的桥板16固定于科氏导管1上，而其固定法兰19、20固定于补偿圆筒6上。

Claims (11)

1．按科氏原理工作的流动介质流量测量装置，带有至少一个导引流动介质的、至少基本为直的科氏导管，带有至少一个作用于科氏导管的振荡发生器，并具有至少一个测定科氏力和/或测定以科氏力为基础的科氏振荡的测量值传感器，而且具有一个补偿圆筒，科氏导管设在补偿圆筒内，科氏导管和补偿圆筒以无轴向相对运动的方式相互连接，其特征在于，科氏导管(1)和补偿圆筒(6)由具有相同或几乎相同热膨胀系数的材料制成。
2．如权利要求1所述的流量测量装置，其特征在于，科氏导管(1)和补偿圆筒(6)由热膨胀系数相对低的材料构成。
3．如权利要求2所述的流量测量装置，其特征在于，科氏导管(1)由钛或一种钛合金构成。
4．如权利要求3所述的流量测量装置，其特征在于，补偿圆筒(6)由非合金钢、铁素体不锈钢或由一种镍合金构成。
5．如权利要求1所述的流量测量装置，其特征在于，设有最好由不锈钢制成的外部保护圆筒(8)；由科氏导管(1)、补偿圆筒(6)和连接环(7)构成的组合单元设置在该保护圆筒(8)内；保护圆筒(8)具有两个端侧连接的、最好由不锈钢制成的连接环(9)；在连接环(9)上分别连接有一个向外伸出的连接法兰(10)，与科氏导管(1)相连的连接导管(11)穿过连接环(9)伸入连接法兰(10)内。
6．如权利要求5所述的流量测量装置，其特征在于，科氏导管(1)和连接导管(11)整体制成。
7．如权利要求6所述的流量测量装置，其特征在于，连接导管(11)分别用最好是尼龙36构成的加固圆筒(12)包围。
8．如权利要求7所述的流量测量装置，其特征在于，连接导管(11)以拉伸预应力安置在加固圆筒(12)内。
9．如权利要求8所述的流量测量装置，其特征在于，连接导管(11)通过硬焊、最好是通过真空硬焊，且最好是用焊接温度大约为1000℃的镍合金与加固圆筒(12)连接。
10．如权利要求7所述的流量测量装置，其特征在于，连接导管(11)在加固圆筒(12)和连接法兰(10)内可以作轴向运动。
11．如权利要求10所述的流量测量装置，其特征在于，在连接导管(11)远离科氏导管(1)的端部各设置有一个密封件(12)。
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