CN109470322A - 一种科氏质量流量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器技术领域，公开一种科氏质量流量传感器。该传感器包括两根平行的测量管、分流体、法兰、支撑管、驱动部件、两个检测部件、电路板及固定座。两根测量管平行且间隔设置，测量管的两端通过分流体与法兰固定连接，两个分流体之间固定连接有支撑管；测量管的底部设置有驱动部件，测量管的两侧各设置一个检测部件，支撑管上靠近测量管的一侧设有固定座，固定座上固定有电路板，驱动部件和检测部件均与电路板电连接。本发明提供的传感器，解决了现有技术中将导线布置在测量管上，影响测量管振动，进而降低传感器的测量精度，传感性能不稳定等问题；该传感器测量精度高，稳定性好。

Description

一种科氏质量流量传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种科氏质量流量传感器。

背景技术

科里奥利质量流量计简称科氏质量流量计或科氏质量流量传感器，它是一种利用流体在振动管中流动而产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理来直接测量质量流量的仪表，现已在石油化工、制药、食品及其他领域中得到广泛应用。

目前绝大多数科氏质量流量计能够稳定计量的流量范围是100kg/h-400kg/h，而对于低于100kg/h甚至更低的微小流量的流量计研究甚少或者表现出传感性能不稳定、测量不精准等缺陷。

现有技术中的传感器内的传感单元位置布置不合理，传感单元之间布线复杂，绝大多数直接将导线布置在测量管的管壁上，这些因素都会对传感器的测量精度产生很大影响，尤其对于测量微小流量的科氏质量流量计影响显著。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种科氏质量流量传感器，来解决传感器中的传感单元布线复杂，克服其将导线布置在测量管管壁上而降低传感器测量精度和灵敏度等问题，并实现对微小流量流体介质的准确测量。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种科氏质量流量传感器，包括两根平行的测量管，所述测量管的两端通过分流体与法兰固定连接，两个分流体之间固定连接有支撑管；所述测量管的底部设置有驱动部件，所述测量管的两侧各设置一个检测部件，所述支撑管上靠近所述测量管的一侧设有固定座，所述固定座上固定有电路板，所述驱动部件和所述检测部件均与所述电路板电连接。

作为优选，所述测量管呈U型，包括第一直管段、第一圆弧段、第二直管段、第二圆弧段和第三直管段，所述第一直管段分别向两侧延伸与所述第一圆弧段相切连接，所述第一圆弧段与所述第二直管段相切连接，所述第二直管段与所述第二圆弧段相切连接，所述第二圆弧段与所述第三直管段相切连接，所述第三直管段与所述分流体固定连接。

作为优选，所述驱动部件的两端分别对应固定在两个所述测量管的所述第一直管段的中间位置上，所述检测部件的两端分别对应固定在两个所述测量管的所述第二直管段的位置上，且两个所述检测部件关于所述驱动部件对称设置。

作为优选，所述第三直管段上各套设有至少一个阻尼板。

作为优选，所述分流体包括主孔径和两个分孔径，所述主孔径与所述法兰的内孔连通，两个所述分孔径分别与对应的所述测量管连通。

作为优选，所述分流体包括分流部，所述分流部为旋转体结构，其表面为锥形的曲面；所述分流部设置在两个所述分孔径之间，其锥形曲面凸设于两个所述分孔径的端口。

作为优选，所述支撑管上设有一对第一通槽，所述第一通槽用于穿设所述测量管。

作为优选，所述支撑管上还设置支管部件，所述支管部件用于支撑变送器；所述支撑管上还设有一对第二通槽，所述第二通槽用于与所述变送器连接的连接线穿过。

作为优选，还包括设置于所述测量管外部的外壳，所述外壳与所述支撑管固定连接。

作为优选，所述测量管的外径为1mm-4.8mm，壁厚为0.1mm-1.0mm。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种科氏质量流量传感器，将驱动部件和检测部件通过导线与电路板连接，电路板直接置于传感器内部，所有导线均通过该电路板与变送器相连。解决了现有的传统技术中将导线直接布置在测量管上，而影响测量管振动，进而降低传感器的测量精度，传感性能不稳定等问题，尤其是针对微小流量的计量的传感器影响更为显著。本发明使得该传感器测量精度更高，传感稳定性更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式提供的科氏质量流量传感器的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的测量管的结构示意图；

图3是本发明具体实施方式提供的分流体的结构示意图。

图中：

1-测量管；11-第一直管段；12-第一圆弧段；13-第二直管段；14-第二圆弧段；15-第三直管段；2-分流体；21-主孔径；22-分孔径；23-分流部；3-法兰；4-支撑管；41-第一通槽；42-第二通槽；43-支管部件；5-驱动部件；6-检测部件；7-电路板；8-固定座；9-导线；100-阻尼板；110-外壳。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图3所示，本实施方式提供一种科氏质量流量传感器，可以实现1kg/h-10kg/h范围内的微小质量流量的高精度测量。该传感器包括两根平行的测量管1、分流体2、法兰3、支撑管4、驱动部件5、两个检测部件6、电路板7及固定座8。其中，两根测量管1平行且间隔设置，测量管1的两端通过分流体2与法兰3固定连接，两个分流体2之间固定连接有支撑管4；测量管1的底部设置有驱动部件5，测量管1的两侧各设置一个检测部件6，支撑管4上靠近测量管1的一侧设有固定座8，固定座8上固定有电路板7，驱动部件5和检测部件6均与电路板7电连接。

如图1所示，该传感器包括支撑管4，支撑管4是两端开槽的管状结构，起到支撑的作用。支撑管4底部的左右两侧开设一对第一通槽41，用于穿设测量管1，测量管1穿过第一通槽41后与支撑管4两端的分流体2固定连接。支撑管4中间位置的上部设有支管部件43，支管部件43用于支撑变送器(图中未示出)，支撑管4的中间位置开设一对第二通槽42，第二通槽42用于与变送器连接的连接线穿过。从支管部件43由外向内观测，第二通槽42位于支管部件43中心。需要指出的是，变送器的作用是检测测量参数并将测量值以特定的信号形式传送出去，以便进行显示。本实施例中，变送器可以显示质量流量的测量值和其它参数。

如图2所示，测量管1呈U型，其包括第一直管段11、第一圆弧段12、第二直管段13、第二圆弧段14和第三直管段15，第一直管段11位于测量管1的底部，第一直管段11分别向两侧延伸与第一圆弧段12相切连接，第一圆弧段12与第二直管段13相切连接，第二直管段13与第二圆弧段14相切连接，第二圆弧段14与第三直管段15相切连接，第三直管段15与分流体2上的测量管接头焊接固定，且第一圆弧段12与第二圆弧段14的半径相等。本实施例中的测量管1由不锈钢材质制成，其外径为1mm-4.8mm，壁厚为0.1mm-1.0mm。

需要说明的是，测量管1最常见的几种结构是U型、微弯型、三角形、超微弯型、直管型。在测量管1整体尺寸要求相同的情况下，U型结构和三角形结构对应的振动频率是所有结构中振动频率最低的，从而导致其流量系数也最小，这将更利于提高传感器的分辨力、降低信号处理的难度，更有利于传感器的计量。所以，测量微小流量流体介质的质量流量，优先选择U型或三角形；

进一步地，U型结构相对于三角形结构来说，其转角处产生的压损更小，更有利于微小流量的测量；此外，U型测量管弯曲度更小，制造方便。故此，本实施例选择U型测量管。

驱动部件5的两端分别对应固定在两个测量管1的第一直管段11的中间位置上，检测部件6的两端分别对应固定在两个测量管1的第二直管段13上，且两个检测部件6关于驱动部件5对称设置。需要指出的是，检测部件6在第二直管段13上的具体位置可以根据仿真计算的结果并按照一定的比例得到。

进一步地，为了阻隔测量管1的振动不外传，也为了阻隔外界的振动传递给测量管1而对测量管1的振动产生干扰，保证测量管1检测信号的准确输出以及测量的精度和灵敏度，第三直管段15上各套设有至少一个阻尼板100。本实施例中每侧的第三直管段15上均设置了两个阻尼板100，阻尼板100可选矩形不锈钢板，阻尼板100上开设两个通孔，用于分别穿设两个测量管1。需要指出的是，阻尼板100还可以保证两根测量管1中心距一致，从而确保了其平行度和对称性。

支撑管4上靠近测量管1的一侧设有固定座8，固定座8上固定有电路板7，驱动部件5和检测部件6均与电路板7电连接。本实施例中，电路板7为PCB电路板。具体地，固定座8焊接固定在支撑管4上，电路板7与固定座8通过螺纹固定。电路板7上预设焊接点，驱动部件5和检测部件6上均设有引出点，可以通过锡焊的方式用导线9将驱动部件5、检测部件6的引出点与电路板7上的焊接点相连，导线9起到“跳线”的作用，从而解决了将导线9直接布置在测量管1上影响测量管1振动，进而影响传感器的测量精度的问题。需要指出的是，本实施例中的导线9弯曲成抛物线状，这样可以提高导线9的张力，使得导线9在外界振动环境下随着振动保持弹性微小变形而不松动，从而提高导线9连接的使用寿命，导线9还可以弯曲成弓形或其它形状，这里不作具体限定。

检测部件6检测并处理后的信息需要通过电路板7传递给变送器。具体地，驱动部件5和检测部件6与电路板7连接后，电路板7再通过连接线穿过第二通槽42与变送器连接，将检测部件6处理后的信息传送给变送器，变送器可以显示质量流量的测量值。

如图3所示，本实施例中的分流体2采用拉拔一体成型技术，分流体2包括主孔径21和两个分孔径22，主孔径21与法兰3的内孔连通，两个分孔径22分别与对应的测量管1连通。分流体2包括分流部23，分流部23为旋转体结构，其表面为锥形的曲面；分流部23设置在两个分孔径22之间，其锥形曲面凸设于两个分孔径22的端口，能够使流体介质在主孔径21与两个分孔径22之间圆滑过度。当流体介质以一定流速流入分流体2时，分流部23能够顺势将流体介质均匀地分配到两根测量管1中，保证流体介质进入两个测量管1的量相等。

该传感器还包括设置于测量管1外部的外壳110，外壳110与支撑管4焊接固定，对测量管1起到保护作用。本实施例中，外壳110为圆弧形曲面结构，使得外壳110除了具备防护功能，更能增强传感器整体外观的视觉美感。当然，外壳110也可以选择其它形状，这里不作具体限定。

该传感器的工作过程为：

在流体介质流过测量管1之前，驱动部件5激励测量管1，使其以谐振频率振动，此时，两端对称的检测部件6检测到的振动信号波形的相位和振动幅值相同。一旦有流体介质通过法兰3，经分流体2的分流部23后被均匀地分配到测量管1中后，即可在测量管1的管壁上产生科里奥利力，导致两个检测部件6检测到的振动信号波形出现相位差，相位差的数值与流体介质的质量流量成正比，检测部件6采集振动信号并进行处理，然后通过电路板7将处理后的振动信息传送给变送器，经变送器处理后显示出流经测量管1内的流体介质的质量流量。

本发明提供的一种科氏质量流量传感器，避免了将导线直接布置在测量管上影响测量管振动，进而影响传感器的测量精度；能够实现0-400kg/h的宽量程测量，又能实现1kg/h-10kg/h的微小质量流量的高精度测量；整体结构简单，传感性能稳定。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种科氏质量流量传感器，其特征在于，包括两根平行的测量管(1)，所述测量管(1)的两端通过分流体(2)与法兰(3)固定连接，两个所述分流体(2)之间固定连接有支撑管(4)；所述测量管(1)的底部设置有驱动部件(5)，所述测量管(1)的两侧各设置一个检测部件(6)，所述支撑管(4)上靠近所述测量管(1)的一侧设有固定座(8)，所述固定座(8)上固定有电路板(7)，所述驱动部件(5)和所述检测部件(6)均与所述电路板(7)电连接。

2.根据权利要求1所述的科氏质量流量传感器，其特征在于，所述测量管(1)呈U型，包括第一直管段(11)、第一圆弧段(12)、第二直管段(13)、第二圆弧段(14)和第三直管段(15)，所述第一直管段(11)分别向两侧延伸与所述第一圆弧段(12)相切连接，所述第一圆弧段(12)与所述第二直管段(13)相切连接，所述第二直管段(13)与所述第二圆弧段(14)相切连接，所述第二圆弧段(14)与所述第三直管段(15)相切连接，所述第三直管段(15)与所述分流体(2)固定连接。

3.根据权利要求2所述的科氏质量流量传感器，其特征在于，所述驱动部件(5)的两端分别对应固定在两个所述测量管(1)的所述第一直管段(11)的中间位置上，所述检测部件(6)的两端分别对应固定在两个所述测量管(1)的所述第二直管段(13)的位置上，且两个所述检测部件(6)关于所述驱动部件(5)对称设置。

4.根据权利要求2所述的科氏质量流量传感器，其特征在于，所述第三直管段(15)上各套设有至少一个阻尼板(100)。

5.根据权利要求1所述的科氏质量流量传感器，其特征在于，所述分流体(2)包括主孔径(21)和两个分孔径(22)，所述主孔径(21)与所述法兰(3)的内孔连通，两个所述分孔径(22)分别与对应的所述测量管(1)连通。

6.根据权利要求5所述的科氏质量流量传感器，其特征在于，所述分流体(2)包括分流部(23)，所述分流部(23)为旋转体结构，其表面为锥形的曲面；所述分流部(23)设置在两个所述分孔径(22)之间，其锥形曲面凸设于两个所述分孔径(22)的端口。

7.根据权利要求1所述的科氏质量流量传感器，其特征在于，所述支撑管(4)上设有一对第一通槽(41)，所述第一通槽(41)用于穿设所述测量管(1)。

8.根据权利要求7所述的科氏质量流量传感器，其特征在于，所述支撑管(4)上还设置支管部件(43)，所述支管部件(43)用于支撑变送器；所述支撑管(4)上还设有一对第二通槽(42)，所述第二通槽(42)用于与所述变送器连接的连接线穿过。

9.根据权利要求1所述的科氏质量流量传感器，其特征在于，还包括设置于所述测量管(1)外部的外壳(110)，所述外壳(110)与所述支撑管(4)固定连接。

10.根据权利要求1所述的科氏质量流量传感器，其特征在于，所述测量管(1)的外径为1mm-4.8mm，壁厚为0.1mm-1.0mm。