CN111174844A - 传感器装置及包括该传感器装置的科里奥利质量流量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种传感器装置及包括该传感器装置的科里奥利质量流量计。传感器装置包括：外壳，该外壳形成有中空的内腔；以及传感器主体，该传感器主体容纳在内腔中，并提供使待测物料流动通过的路径且对待测物料进行测量；其中，在传感器主体中设置有将路径与外壳内腔流体连通的通孔使得在测量过程中待测物料填充整个内腔。根据本发明的传感器装置由外壳代替振动管承受流经物料的压力，从而能够减小振动管的管壁厚度，进而减小振动管的刚度，使得即使在测量高压物料时也能够使用薄的振动管，由此提升了测量敏感度和精确度。

Description

传感器装置及包括该传感器装置的科里奥利质量流量计

技术领域

本发明涉及一种测量流体质量的设备。更具体地，本发明涉及一种传感器装置及包括该传感器装置的科里奥利质量流量计。

背景技术

科里奥利质量流量计是运用流体质量流量对振动管振荡的调制作用(即，科里奥利力现象)来测量管道内质量流量的流量测量装置。随着自动化水平的提高，许多生产过程都对流量测量提出了新的要求，科里奥利质量流量计由于其能够直接测量质量流量，提供很高的测量精确度而广泛用于流体、特别是气体的质量流量测量。

常见的科里奥利质量流量计包括传感器、变送器以及可选的一个或多个外围设备，其中，由传感器对物料的流量、密度及温度等参数进行测量，基于该测量结果由变送器产生相应的输出信号，并且可使用外围设备来提供监测、报警或其他功能。在科里奥利质量流量计的测量过程中，待测物料流动通过传感器的振动管，此时振动管将承受流动物料的内压。因此，为了使科里奥利质量流量计能够对高压物料进行测量，通常需要增大振动管壁的厚度以使振动管有足够的强度承受流动物料的高压，这导致测量高压物料的科里奥利质量流量计振动管通常具有很厚的壁。然而，由于科里奥利流量计是基于科里奥利力引起振动管的变形而进行测量的，振动管管壁厚度的增大会造成变形量减小，这会降低振动管的测量灵敏度和精度，从而给精确测量带来很大的困难。

因此，需要一种能够克服上述缺点的用于测量高压物料的科里奥利质量流量计传感器。

这里，应当指出的是，本部分中所提供的技术内容旨在有助于本领域技术人员对本发明的理解，而不一定构成现有技术。

发明内容

为解决或至少部分解决上述问题，本发明提出了一种改进的科里奥利质量流量计。

根据本发明的一个方面，提供了一种传感器装置，该传感器装置用于科里奥利质量流量计并且包括：外壳，该外壳形成有中空的内腔；以及传感器主体，该传感器主体容纳在内腔中，并提供使待测物料流动通过的路径且对待测物料进行测量；其中，在传感器主体中设置有将该路径与内腔流体连通的通孔使得在测量过程中待测物料填充整个内腔。

可选地，传感器主体包括：分流器，该分流器包括设置在物料流入的入口端部的第一分流器和设置在物料流出的出口端部的第二分流器；以及振动管，该振动管连接在第一分流器与第二分流器之间。

可选地，通孔设置在第一分流器中。

可选地，第一分流器包括一个入口通道和多个出口通道，其中，入口通道在分支部处分成多个出口通道，通孔设置成从分支部处延伸。

可选地，通孔的轴线与第一分流器的轴线重合。

可选地，通孔设置在第二分流器中。

可选地，通孔为圆形孔、方形孔或椭圆形孔。

可选地，外壳具有直筒形的形状。

可选地，待测物料为高压气体。

根据本发明的另一个方面，提供了一种包括如上所述的传感器装置的科里奥利质量流量计。

根据本发明的又一个方面，提供了一种传感器装置，该传感器装置用于科里奥利质量流量计并且包括：外壳，该外壳形成有中空的内腔；分流器，该分流器包括设置在外壳一端处的第一分流器和设置在外壳另一端处的第二分流器；以及振动管，该振动管连接在第一分流器与第二分流器之间；其中，传感器装置还包括用于连通内腔与分流器或振动管的通孔。

可选地，振动管包括彼此平行地延伸的两个振动管。

可选地，两个振动管分别与第一分流器和第二分流器通过焊接连接在一起。

可选地，通孔设置在振动管上。

根据本发明的实施方式的传感器装置由外壳代替振动管承受流经物料的压力，从而能够减小振动管的管壁厚度，进而减小振动管的刚度，使得即使在测量高压物料时也能够使用薄的振动管，由此提升了测量敏感度和精确度。

根据本发明的实施方式的传感器装置能够在不增加部件的情况下以非常简单的结构实现提高的测量敏感度和精确度，其加工容易并且能够避免增加额外的加工和维护成本。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施方式的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。在附图中：

图1为示出根据本发明的示例性实施方式的用于科里奥利质量流量计的传感器装置的立体图；

图2示出根据本发明的示例性实施方式的用于科里奥利质量流量计的传感器装置的截面图；

图3为示出根据本发明的示例性实施方式的用于科里奥利质量流量计的传感器装置的分流器的截面图；

图4(a)和4(b)分别为根据本发明的示例性实施方式的用于科里奥利质量流量计的传感器装置的分流器的立体图以及剖视立体图；

图5(a)和5(b)分别示出了振动管内外均受到10ksi(千磅/平方英寸)压力的情况下以及仅振动管内受到10ksi(千磅/平方英寸)压力的情况下的管壁的应力分布图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施方式。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元件和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

图1和图2示出了根据本发明的一个示例性实施方式的用于科里奥利质量流量计的传感器装置。传感器装置可以对流经物料的相关参数，如质量流量、体积流量、温度、密度等进行测量。如图所示，传感器装置10包括形成中空的内腔110的外壳100，内腔110容纳有包括第一分流器210、第二分流器220和振动管300等的传感器主体。内腔110具有物料流入的第一端部120以及物料流出的第二端部130，第一分流器210和第二分流器220在内腔110中分别设置在第一端部120和第二端部130处，即分别作为入口分流器和出口分流器。一对振动管300连接在第一分流器210与第二分流器220之间并且彼此平行地延伸，可以使用例如焊接等任何适当的方式连接分流器210、220与振动管300及外壳100。振动管300上设置有振动线圈和检测线圈(未图示)，振动线圈作为激励装置，用于使振动管300产生振动，检测线圈布置在振动线圈的上游侧和下游侧，用于检测振动管300的振动，并将所检测线圈到的信息传送给下游的处理装置。关于科里奥利质量流量计的工作原理已为本领域所公知，因此，本文中不做过多描述。尽管图2示出了双直管型振动管，但是本发明的范围不限于此，振动管的具体形式可以采用直管、V形管、半圆形管或其它形状的弯管等多种形式，并且振动管的数量也可以为一个或多于两个。

如图2和图3所示，根据本发明的示例性实施方式的第一分流器210上设置有通孔212，使得第一分流器210的内腔能够与外壳100的内腔110流体连通，也就是说，物料不仅可以流入第一分流器210中并且也可以流入外壳内腔110的其他区域，从而使整个内腔110中均填充物料。通孔212可以呈圆形、方形或椭圆形等各种形状。第一分流器210具有一个入口通道214和两个出口通道218。入口通道214连接至待测的流体管路。每个出口通道218分别连接至一个振动管300，并且入口通道214在分支部216处分成两个出口通道218。优选地，通孔212设置成从分支部216延伸，由此在物料流动经过第一分流器210时同时流入两个出口通道218和通孔212中，从而使得物料均匀同步地流入两振动管300。并且更加优选地，通孔212的轴线与第一分流器210的轴线x重合，即通孔212沿x轴线水平地延伸，从而缩短物料流动通过的通孔212的长度，使得物料能够快速填充在外壳100的内腔110中。尽管本文中示出的第一分流器210为具有一个入口通道214和两个出口通道218的形式，根据实际情况，也可以采用不同形式的分流器，如，一个入口通道和一个出口通道、一个入口通道和三个出口通道等形式。

当物料从第一端部120流入第一分流器210时，一部分物料经由第一分流器210的通孔212进入外壳100的内腔110并填充在内腔110中，其余部分的物料流动经过振动管300并流入第二分流器220中，此后穿过第二分流器220离开科里奥利质量流量计的传感器装置10。换言之，物料在传感器装置10内部流动时，振动管300的内外侧均填充有物料且内外侧所受物料压力相等。而外壳100仅在其内部填充有物料，因此外壳100将承受由内外压差产生的压力。以此方式，在测量高压流体物料时，主要由外壳100承受物料施加的压力。而在现有技术中的科里奥利质量流量计中，物料仅填充在振动管的内部，振动管将承受由内外压差产生的较大压力，从而使得振动管必须具有加厚的管壁以保持强度，这不可避免地降低了科里奥利质量流量计的测量灵敏度和精确性。与传统的科里奥利质量流量计相比，根据本发明的科里奥利质量流量计传感器装置10由外壳100代替振动管300来承压，因此仅需对外壳100进行加固或增强即可满足测量高压物料的强度需求，从而减小了用于振动管的管壁厚度，进而减小振动管的刚度，由此提高科里奥利质量流量计的测量精确度和灵敏度。

尽管在图中示出了在第一分流器210上设置有通孔212，但是应当理解的是本发明不限于此，也可以将通孔设置在第二分流器220或振动管300上。在通孔设置于第二分流器220的情况下，物料在已经填充振动管300之后经由第二分流器220的通孔填充外壳的内腔110，振动管300可能短暂地承受内部物料引起的压差，外壳100承压作用具有稍微的延迟。而在通孔设置在靠近物料入口的第一分流器210上时，物料在流入振动管300的同时即可填充外壳的内腔110，避免了外壳100的上述延迟作用，因此优选的是将通孔设置在第一分流器210上。

应当理解的是，本发明的用于科里奥利质量流量计的传感器装置可以采用任何适当形状的外壳。图1和图2示出了根据示例性实施方式的具有直筒形形状的外壳100，这种直筒形外壳具有形状规则、接缝少、承压能力高、可加工性强等优点，因此特别适于对高压流体的测量。

图5(a)示出了在振动管内外均受到10ksi(千磅/平方英寸)压力下的管内的应力分布，图5(b)示出了仅在振动管内部受到10ksi(千磅/平方英寸)压力下的管内的应力分布。由图4(a)可以看出，在振动管内外均受到10ksi(千磅/平方英寸)压力的情况下，管内的应力基本均匀分布且管壁承受最大应力为1000psi(磅/平方英寸)。而由图4(b)可以看出，仅在振动管内部受到10ksi(千磅/平方英寸)压力的情况下，管内应力从径向外侧向径向内侧逐渐增大，管壁将承受高达19827.4psi(磅/平方英寸)的应力，基本为图4(a)中最大应力的2倍。通过比较图4(a)和4(b)可以看出，在承受相同压力的情况下，使振动管内外受相同压力将显著减小管壁的应力。因此，根据本发明的用于科里奥利质量流量计的传感器装置10通过设置在传感器主体中的通孔能够使振动管内外受压相同，由此减小振动管300管壁的应力，使得能够采用管壁厚度减小的振动管，从而提高科里奥利质量流量计的测量精确度和灵敏度。

应该指出的是，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、元件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、元件、步骤或组件的存在或附加。尽管上面已经通过对具体实施方式的描述对本发明及其优点进行了说明，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。

Claims (14)

1.一种传感器装置，所述传感器装置用于科里奥利质量流量计并且包括：

外壳，所述外壳形成有中空的内腔；以及

传感器主体，所述传感器主体容纳在所述内腔中，并提供使待测物料流动通过的路径且对待测物料进行测量；

其中，在所述传感器主体中设置有将所述路径与所述内腔流体连通的通孔使得在测量过程中待测物料填充整个所述内腔。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，

所述传感器主体包括：

分流器，所述分流器包括设置在物料流入的入口端部的第一分流器和设置在物料流出的出口端部的第二分流器；以及

振动管，所述振动管连接在所述第一分流器与所述第二分流器之间。

3.根据权利要求2所述的传感器装置，其中，

所述通孔设置在所述第一分流器中。

4.根据权利要求3所述的传感器装置，其中，

所述第一分流器包括一个入口通道和多个出口通道，其中，所述入口通道在分支部处分成多个出口通道，所述通孔设置成从所述分支部延伸。

5.根据权利要求4所述的传感器装置，其中，

所述通孔的轴线与所述第一分流器的轴线重合。

6.根据权利要求2所述的传感器装置，其中，

所述通孔设置在所述第二分流器中。

7.根据权利要求3或6所述的传感器装置，其中，

所述通孔为圆形孔、方形孔或椭圆形孔。

8.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，

所述外壳具有直筒形的形状。

9.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，

所述待测物料为高压气体。

10.一种科里奥利质量流量计，所述科里奥利质量流量计包括根据权利要求1-9中的任一项所述的传感器装置。

11.一种传感器装置，所述传感器装置用于科里奥利质量流量计并且包括：

外壳，所述外壳形成有中空的内腔；

分流器，所述分流器包括设置在所述外壳一端处的第一分流器和设置在所述外壳另一端处的第二分流器；以及

振动管，所述振动管连接在所述第一分流器与所述第二分流器之间；

其中，所述传感器装置还包括用于连通所述内腔与所述分流器或所述振动管的通孔。

12.根据权利要求11所述的传感器装置，其中，

所述振动管包括彼此平行地延伸的两个振动管。

13.根据权利要求12所述的传感器装置，其中，

所述两个振动管分别与所述第一分流器和所述第二分流器通过焊接连接在一起。

14.根据权利要求11所述的传感器装置，其中，

所述通孔设置在所述振动管上。

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