CN1055763C - 科里奥利型质量流量计 - Google Patents

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Abstract

此质量流量计可插入一个给定直径的管道中，它有一个入口管一个出口管和一个入口导管和一个出口导管。一根外支承管具有分别固定到入口管和出口管上的两个端部；两个连接零件将入口管和出口管分别与入口导管和出口导管连接。两个平行的直测量管具有固定在入口导管和出口导管上的两个端部，并被激励进入共振，此共振由至少两个传感器检测。还安装一个直的内支承部件。支承部件的两端分别固定在入口导管和出口导管上。

Description

科里奥利型质量流量计
本发明涉及到一种根据科里奥利原理工作的质量流量计，它由作为振动体的两个直的、平行的测量管组成，要测量的流体流过此测量管。
本申请人自己的美国专利4,793,191描述了一种根据科里奥利原理工作的质量流量计，在此将该专利作为参考，
(1)该质量流量计可插入一个给定直径的管道内，以便与上述管道轴向对准，要测量的流体流过此管道，
(2)该质量流量计有一个入口管和一个出口管，入口管和出口管用于将质量流量计与管道相连接，
(3)该质量流量计有一个入口导管和一个出口导管，
(4)该质量流量计装有一个外支承管，它的两端分别固定到入口管和出口管上，
(5)该质量流量计有两个环状孔板，入口管和出口管通过此环状孔板分别与入口导管和出口导管相连，
(6)该质量流量计装有两根平行的、具有相同内径和相同壁厚的直测量管，每个测量管有两个分别固定在入口导管和出口导管上的端部，
(7)此质量流量计具有一个振子，该振子激励测量管使其进入共振，
(8)该质量流量计有两个沿测量管间隔布置的传感器，用于检测测量管的振动，
(9)该质量流量计装有用于振子的激励电子仪器，以及
(10)该质量流量计装有电子测定装置，此电子测定装置根据传感器信号的相位差测定质量流率，和/或根据振动频率测定流体的密度。
由于多方面的原因，例如，由于质量流量计对管道发出的振动的敏感性，或者由于测量结果对流体压力的依赖关系，在现有技术的质量流量计中，孔板不能做得任意柔软而必须有一个给定的最小刚度。
因为流体温度的变化导致了质量流量计内温度分布不均匀，这就在振动测量管中和在孔板中产生应力。如果这一应力超过孔板的塑变值，那么就会发生不可回复的塑性变形，这种塑性变形会不可逆地改变振动系统的特性，使得质量流量计必须重新标定。美国专利4,653,332中所描述的装置试图通过补偿管来解决刚刚描述的问题。该装置是一种基于科里奥利原理的质量流量计
(1)该质量流量计可插入一个给定直径的管道中，要测量的流体流过此管道，
(2)该质量流量计有一个入口管和一个出口管，入口管和出口管相结合形成一个中心连接部分，并用于提供与管道的这样一种连接：即质量流量计的轴线与管道的轴线不重合，
(3)该质量流量计具有第直补偿管，它与入口管相连，和第二直补偿管，它与出口管相连，这两个补偿管沿相反的方向延伸轴向地对中，
(4)该质量流量计具有两个直的、相互平行的测量管，其中两测量管与补偿管平行并且上述四个管的轴线位于一个平面内，
(5)该质量流量计具有若干导管，用于将第一和第二补偿管分别与两测量管的端部连接，
(6)该质量流量计具有一个固定到中心连接部分上的支承管，
(7)该质量流量计有一个振子，此振子激励测量管进入共振，
(8)该质量流量计有两个沿测量管间隔布置的传感器，用于检测测量管的振动，
(9)该质量流量计装有用于振子的激励电子仪器，以及
(10)该质量流量计装有电子测定装置，此电子测定装置根据传感器信号的相位差测定质量流率，和/或根据振动频率测定流体的密度。
由于现有技术中质量流量计的轴线未对准管道的轴线，流体必须两次改变其流动方向：在中心连接部分变化90°，在每个导管处变化180°，这样可能导致空穴和涡流问题。因此这种质量流量计失去了最先说明的质量流量计的重要优点，在那种质量流量计中，流体不改变其流动方向，因为管道的轴线与该质量流量计的轴线是对中的。
如权利要求书中所要求的本发明可用来增加最先说明的那种质量流量计的抗周期温度应力性和抗热冲击性，并因而扩大了此流量计的有效温度范围。
因此，本发明是一种根据科里奥利原理工作的质量流量计
(1)此质量流量计可插入一个给定直径的管道中，以便轴向地对准上述管道，要测量的流体流过此管道，
(2)此质量流量计有一个入口管和一个出口管，入口管和出口管用于将质量流量计与管道相连接，
(3)此质量流量计有一个入口导管和一个出口导管，
(4)此质量流量计有一个外支承管，它的两端分别固定到入口管和出口管上，
(5)此质量流量计具有两个连接零件，入口管和出口管通过此连接零件分别与入口导管和出口导管相连，
(6)此质量流量计有两根平行的、具有相同内径和相同壁厚的直测量管，每个测量管具有两个分别固定在入口导管和出口导管上的端部，
(7)此质量流量计装有一个直的内支承部件，支承部件的轴线与两个测量管的对称轴线平行，其中测量管的对称轴线位于通过两测量管轴线的平面内，支承部件的两端分别固定在入口导管和出口导管上，并且支承部件到流体的热传输阻抗基本低于从支承管到流体的热传输阻抗，
(8)此质量流量计具有一个振子，该振子激励测量管使其进入共振，
(9)此质量流量计有至少两个沿测量管间隔布置的传感器，用于检测测量管的振动，
(10)此质量流量计装有用于振子的激励电子仪器，以及
(11)此质量流量计装有电子测定装置，该电子测定装置根据传感器信号的相位差测定质量流率，和/或根据振动频率测定流体的密度。
根据本发明的一个有益方面，支承部件的轴向刚度至少是测量管轴向刚度的两倍，最好是十至二十倍。
根据本发明的另一个有益方面，支承部件有一个轴向的通孔并具有与测量管的内径相等的内径，流体流过此轴向的通孔，同时支承部件的壁厚沿它的圆周方向最好不是恒定的。支承部件在远离测量管处的壁厚明显大于靠近测量管处的壁厚。
根据本发明的又一个有益方面，穿过支承部件的通孔的轴线到两测量管轴线的距离相等。两测量管的轴线间距最好与它们分别距支承部件通孔轴线的距离相等。
根据本发明的另一个有益方面，支承部件是一个热管。
根据本发明的又一个有益方面，两测量管由振子激励，在过两测量管轴线的平面内作反相挠性振动。
现在通过参考附图将对本发明作更详细地解释，附图示意性地表示了本发明一个实施例的机械部分。
图1是一台质量流量计中机械部分的剖面侧视图；
图2是图1中沿线A-A部分的剖面图，以及
图3是图1中沿线B-B部分的剖面图。
参考图1，这里给出一台质量流量计10的机械部分的剖面侧视图，质量流量计10可插入一个给定直径的管道中(为减化图例没示出)以便轴向地对准此管道，要测量的流体流过此管道。质量流量计10有一个入口管11和一个出口管12，入口管11和出口管12用于将质量流量计10与上述管道连接。例如，这一连接可以通过图1所示的位于右端的凸缘13来实现，或相反，通过图1所示的位于左端的没有任何进一步变化的结构来实现。
入口管11和出口管12的外部由相应的软焊、硬焊、或焊接点15、16固定在一根同质的外支承管14的相应两端。
入口管11和出口管12的内部通过连接部件17和18由图示的软焊、硬焊、或焊接点21，22分别固定在入口导管19和出口导管20上。
在入口导管19和出口导管20远离入口管11和出口管12的两侧，分别将具有相同内径和相同壁厚的两个平行的直测量管23，24的相应两端安装在上述入口管和出口管上(测量管24只能从图2和3中看到)。
质量流时计中装有一根直的内部支承部件25，它的轴线与两测量管的对称轴线平行，其中，测量管的对称轴线位于通过两测量管轴线的平面26内(见图2)。支承部件25的两端分别安装在入口管19和出口导管20内。从支承部件25到流体的热转换阻抗基本低于从支承管14到流体的热转换阻抗。
在图1的实施例中，支承部件25的轴向刚度至少为测量管23，24的轴向刚度的两倍，最好为十倍到二十倍。
由于支承部件25的轴线只平行于位于通过测量管轴线的平面26内的两个测量管23、24的对称轴线，支承部件25的轴线不在此特定平面26内。
在图1的实施例中，支承部件25具有一个轴向孔25′，流体通过此孔流过。有利地是孔25′的轴线距两测量管23、24轴线的距离相等。两测量管23、24轴线之间的距离最好与从这些轴线到孔25′轴线的距离相等，使得这三个管的腔构成中心对称的布置，并且使得在与管轴线相垂直的每个平面内，这些腔的中心构成一个等边三角形的顶角。
作为支承部件25的许多可能的实施例中最简单的一个实施例，可以使用与两个测量管23，24中的一个完全相同的第三管，但不振动，见下文。
在刚刚解释的本发明的实施例中，根据美国专利4,653,332。流体传输支承部件25仅仅与两个上述补偿管外形相似，因为质量流量计插入其中的管道没有轴向地对准质量流量计的主轴线。上述的关于由于应力所引起的孔板塑性变形的问题在现有技术的质量流量计中没有遇到，因为现有技术的质量流量计还没有孔板或类似的部件。
本发明也可以提供一个支承部件，流体不从此支承部件流过，但此支承部件通过以所谓热管的形式出现而使其具有比普通金属高二至三个数量级的热传导率，或者通过其它适当的方法使此支承部件成为特别好的热导体。
热管由一根端部密封的真空管子组成，真空管内装有部分液态、部分汽态介质，例如水、甲醇、乙醇等，参看英国专利申请2194 324。沿管内壁安装的是一个芯体，在此芯体的毛细管系统中，液体从管的冷端流向热端。当液相从管子外部的有效能量中吸收了必要的汽化能量时，液相就在管中汽化。此蒸汽在管腔内向着管子的冷端流动，当蒸汽将冷凝能量释放到管端周围时，此蒸汽就在管中冷凝。
一个振子支座27安装在测量管23的中部，例如该振子可以具有在上述两个美国专利中所描述的特性。此振子只激励测量管23、24，使它们进入共振，而不激励支承部件25，并且由激励电子仪器向振子供电。例如此激励电子仪器可以具有在本申请人自己的美国专利4,801,897中所描述的特性，在这里上述专利作为参考。
例如，以这样一种方式激励振动，即使测量管23在通过测量管23，24轴线的平面26内振动。测量管23的振动通过入口导管19和出口导管20与另一测量管24耦合，使得在稳定态下两个测量管23、24做反相位的挠性振动。然而，这两个测量管也可以作蠕动振动，即在测量管横断面内作周期性变化的振动，或者作扭振，而不作挠性振动。
分别用于测量管23、24的振动传感器支座28，29安装在振子支座27的右边和左边，最好距振子支座27的距离相等。这些传感器可以是例如在上述美国专利4,801,897中所描述的光电传感器，或者是例如在欧洲的专利83144中所述的电磁传感器。
这些传感器连接到电子测定装置上，此电子测定装置根据传感器信号的相位差测定质量流率，和/或根据振动频率测定流体的密度。用于上述光电传感器的电子测定装置在杂志“自动化技术的实践”(Automatisierungstechnische Praxis atp)1988年第5期224页到230页中有所描述。
如果流体流过支承部件25，那么流经支承部件25的部分流量在单个的质量流量计的标定期间由电子测定装置测定，使得其指示出总流量，或者由其它方式测出部分流量以使其能够指示出总流量。
图1还示出：靠近测量管23、24的每个端部，即距离将这些测量管与入口导管19和出口导管20固定的位置不远处，安装有振动节盘30、31，也就是将振动节移到入口导管19的前方位置和出口导管20的前方位置，振动节盘30、31用于改善测量管23、24的振动特性。如果如上所述只有测量管23被激励，那么振动耦合当然由振动节盘30、31引起。
图2是图1按2∶1的比例沿线A-A剖分的一个断面。图2表示了两个测量管23、24和支承部件25相互之间的上述位置。可以看出，支承部件25的壁厚沿圆周方向不是恒定的，而是由入口导管19的圆周32和距对称中心的半径33、34决定，半径33、34和测量管23、24分开一定的距离，这个距离要略大于测量管的最大振幅。
由于支承部件25的这一设计，支承部件的轴向刚度可以做成为测量管23、24的轴向刚度的至少两倍，最好十至二十倍。此外，支承部件25壁的这一设计使得能够满足这样的条件：即从支承部件25到流体的热传输阻抗应基本低于从支承管14到流体的热传输阻抗。
图3是图1也按2∶1的比例沿线B-B剖分的一个断面。图3表示了上述振动节盘30的位置和形状。可以看出振动节盘30只与两个测量管23、24连接，同时和支承部件25分开一定的距离，这一距离要足以保证无接触。
对测量管来说特别适合的材料是不锈钢，或者是例如称为Hastalloy型的铁合金。在后一种情况中，将与测量管23、24相同的一根Hastalloy(昂贵的)管可靠地插入普通的不锈钢(便宜的)支承部件25的通孔，而不锈钢的造价较低。因为这两种材料的热胀系数近似相等，上述结构是容易实现的。然而另一方面，这三根管子23、24、25也可以由通常用于带有直管的质量流量计的任何其它金属制成，例如铁或锆。
由于存在这样的事实：即如果流体引起温度变化，特别是温度发生跃变，那么支承部件25的温度与支承管14相比随流体的温度而迅速发生变化，因此测量管23、24和支承部件25总是具有近似相同的温度。因为这也导致了沿三根管23、24、25的长度方向相等的热变化，所以测量管23、24几乎不受轴向拉伸应力和压缩应力。
由于支承部件25具有较高的刚度，连接零件17、18的任何塑性变形都不会影响测量管，因而也不会影响质量流量计的标定。

Claims (11)

1.一种根据科里奥利原理的质量流量计
(1)此质量流量计可插入一个给定直径的管道，以便轴向地对准上述管道，要测量的流体流过此管道，
(2)此质量流量计有一个入口管和一个出口管，入口管和出口管用于将质量流量计与管道相连接，
(3)此质量流量计有一个入口导管和一个出口导管，
(4)此质量流量计有一个外支承管，它的两端分别固定到入口管和出口管上，
(5)此质量流量计具有两个连接零件，入口管和出口管通过此连接零件分别与入口导管和出口导管相连，
(6)此质量流量计有两根平行的、具有相同内径和相同壁厚的直测量管，每个测量管有两个分别固定在入口导管和出口导管上的端部，
(7)此质量流量计具有一个振子，该振子激励测量管使其进入共振，
(8)此质量流量计有至少两个沿测量管间隔布置的传感器，用于检测测量管的振动，
(9)此质量流量计具有用于振子的激励电子仪器，以及
(10)此质量流量计带有电子测定装置，该电子测量装置根据传感器信号的相位差测定质量流率，和/或根据振动频率测定流体的密度，其特征在于，
(11)此质量流量计有一个直的内支承部件，支承部件的轴线与两测量管的对称轴线平行，其中测量管的对称轴线位于过两测量管轴线的平面内，支承部件的两端分别固定在入口导管和出口导管上，支承部件到流体的热传输阻抗基本低于从支承管到流体的热传输阻抗，
2.根据权利要求1的质量流量计，其特征在于：支承部件的轴向刚度是测量管轴向刚度的两倍。
3.根据权利要求1的质量流量计，其特征在于：在支承部件具有一个直的通孔，此通孔的内径与测量管的内径相等，并且流体流过此通孔。
4.根据权利要求3的质量流量计，其特征在于：支承部件的壁厚沿圆周方向不是恒定的。
5.根据权利要求4的质量流量计，其特征在于：支承部件的壁厚在远离测量管处的壁厚远大于靠近测量管处的壁厚。
6.根据权利要求3至5中的任何一个权利要求的质量流量计，其特征在于：孔的轴线距每个测量管轴线的距离相等。
7.根据权利要求3至5中任何一个权利要求的质量流量计，其特征在于：两个测量管轴线之间的距离与从每个上述轴线到孔轴线的距离相等。
8.根据权利要求2至5中任何一个权利要求的质量流量计，其特征在于：与测量管相同的一根管子可靠地插入支承部件的通孔中，管子的材料与测量管的材料不同，但具有与测量管近似相等的热胀系数。
9.根据权利要求1的质量流量计，其特征在于：支承部件是一根热管。
10.根据权利要求1的质量流量计，其特征在于：测量管由振子激励，在通过测量管轴线的平面内作反相挠性振动。
11.根据权利要求2的质量流量计，其特征在于，支承部件的轴向刚度是测量管轴向刚度的十至二十倍。
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