CN111492208A - 科里奥利流量传感器组件 - Google Patents

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Abstract

提供一种科里奥利流量传感器组件，其包含流体流动组件，该流体流动组件包含流管，其中流体流动组件构造成提供通过流管的流径。流管具有刚度增加的至少一个区域，其可由于联接到流管的结构支承构件。在另一实施例中，增加的刚度由流管的整体性质所引起。

Description

科里奥利流量传感器组件
技术领域
本公开内容大体上涉及科里奥利流量传感器。更特别地，本公开内容涉及一种带有结构改变的科里奥利流量传感器组件，该结构改变提高由科里奥利流量传感器执行的测量的灵敏度。
背景技术
通过流动系统输送的流体的性质的准确测量对于诸如生物处理系统以及油和气管线中的多种应用是重要的。用于测量流体性质的一种技术是通过使用流率。这允许测量在流体输送期间执行，测量在流体输送期间执行对于降低相关联的操作成本是有利的。即，主动流动系统可在测量期间操作。流率可测量为体积流率或质量流率。如果流体的密度恒定，体积流率是准确的；然而，情况不总是这样，因为密度可随温度、压力或成分显著改变。因而，对于测量流体流，质量流率典型地更可靠。一种用于测量质量流率的方法是通过科里奥利流量传感器(例如，流量计)。大体上，科里奥利流量传感器经由科里奥利力来测量质量流率，该科里奥利力由流体在它通过振荡管移动时引起。
发明内容
与最初要求保护的主题在范围上相当的某些实施例在下文概述。这些实施例不意在限制所要求保护的主题的范围，而是这些实施例仅意在提供可能实施例的简要概述。实际上，本公开内容可包含可与下文阐述的实施例类似或不同的多种形式。
本文中提供一种包含结构支承构件的组件，该结构支承构件构造成接收流管，该流管构造成为流体提供流径。此外，该组件包含机械驱动组件，该机械驱动组件构造成在流体流过流径时驱动流管和结构支承构件的振荡，且其中当流管联接到结构支承构件时，流管在至少一个平面内的振荡减小。
本文中提供一种包含流管的组件，该流管构造成提供通过流管的流径，其中流管具有第一区域和第二区域，第一区域和第二区域都具有比第三区域更大的刚度。此外，该组件包含机械驱动组件，该机械驱动组件构造成在流体流过流径时驱动流管的振荡。
本文中提供一种包含流体流动组件的系统，该流体流动组件包括流管，其中流体流动组件构造成提供通过流管的流径，其中流管由在第一位置处具有第一刚度且在第二位置处具有第二刚度的材料形成，第一刚度不同于第二刚度。此外，该系统包含机械驱动组件，该机械驱动组件构造成在流体流过流径时驱动流管的振荡。更进一步，该系统包含传感器，该传感器配置成感测流管的振荡且生成指示振荡的信号。
附图说明
在参照附图阅读以下详细描述时，本公开内容的这些及其它特征、方面和优势将变得更好理解，附图中相似的符号表示图各处相似的部分，其中：
图1是根据本公开内容的科里奥利流量传感器系统的框图；
图2是根据本公开内容的在操作中的科里奥利流量传感器组件的振荡的示意图；
图3示出具有一致刚度的流管的科里奥利相移；
图4示出根据本公开内容的具有一致刚度或可变(variable)刚度的流管的相移的比较；
图5示出根据本公开内容的具有带有一致或可变刚度的流管的科里奥利流量传感器组件的相移；
图6是根据本公开内容的具有可变刚度的科里奥利流量传感器组件的流管的实施方式的图示；
图7是根据本公开内容的科里奥利流量传感器组件的流管的横向和竖直振荡的示意图；
图8示出根据本公开内容的具有背鳍的结构支承构件的相移；
图9示出根据本公开内容的具有背鳍的结构支承构件的横向和驱动振荡模态；
图10示出根据本公开内容的科里奥利流量传感器的流管的各种振荡模态；
图11示出根据本公开内容的联接到具有横向和竖直鳍的结构支承构件的流管的科里奥利相移灵敏度；
图12示出根据本公开内容的其中结构支承构件具有双鳍的流管的科里奥利相移灵敏度；以及
图13是根据本公开内容的结构支承特征的图示。
具体实施方式
下文将描述本公开内容的一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实施方式的所有特征。应了解的是，在任何此类实际实施方式的开发中，如任何工程或设计项目中那样，必须做出许多实施方式特定的决定来实现开发者的特定目标，诸如符合系统相关和业务相关的约束，该特定目标可从一个实施方式到另一个不同。而且，应了解的是，此类开发工作可复杂且耗时，但对于受益于该公开内容的普通技术人员仍然将是设计、制作和制造的例行任务。
在介绍本公开内容的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意在意指存在元件中的一个或多个。用语“包括”、“包含”和“具有”意在为包含性的，且意指可存在除了所列元件之外的额外元件。
科里奥利流量传感器在涉及流体输送的许多应用(诸如生物处理系统)中是有用的。大体上，科里奥利流量传感器通过测量由科里奥利力引起的一个或多个振荡流管的相移来操作。提供增加科里奥利力影响的科里奥利流量传感器设计是有益的，增加科里奥利力影响继而导致质量流量灵敏度和感测幅度(高信噪比：SNR)增加。某些科里奥利流量传感器通常与沿着其长度一致的连续管结合使用。
实现科里奥利流量传感器的某些途径旨在通过将管和对应的流体流径定形为有利的几何形式来放大流量灵敏度。然而，除了提高科里奥利流量传感器测量的灵敏度之外，科里奥利流量传感器还应稳健以抵抗可影响传感器读数精度的环境干扰。改变管几何形式的许多途径通常导致大的管回路，大的管回路在零点稳定性方面不具有优势，因为外部干扰也被放大(其继而降低传感器精度)。因此，有效信噪比可保持相同。此外，这些构造还占用流体流动系统中的额外空间，且环形几何形式改变流体流径；其影响压力损失、流速、剪切率、截留、排放和磨损。
本公开内容涉及一种带有提高的信噪比的科里奥利流量传感器组件。该组件可包含带有减小振荡力损失的特征的流管(例如，一次性流管)。在实施例中，科里奥利流量传感器组件可包含沿着其长度带有可变刚度的流管。如下文详细论述的，沿着流管的可变刚度通过增加振荡管的科里奥利相移和通过减小从其它振荡模态(例如，结构振荡模态)对由机械驱动组件所赋予的振荡的贡献来提高科里奥利流量传感器组件的性能。在某些实施例中，沿着流管的可变刚度由流管的改变所引起(例如，使内壁厚度变化或使流管的材料沿着其长度变化)。在其它实施例中，沿着流管的可变刚度是由于外部结构支承构件为某些轴线赋予刚度，其包含趋于造成传感器噪声的振荡模态。此外，可变刚度特征的结合允许科里奥利流量传感器组件在没有环形或其它几何流管结构的情况下使用。例如，所公开的技术可应用于带有直的或非环形流管的科里奥利流量传感器组件，以减小或消除与常规环形传感器流管相关联的某些缺点(例如，占用空间、改变流体流径的影响)。即，经由所公开的技术实现的信噪比的提高用直的或非环形流管来实现。然而，应理解的是，所公开的技术也可与带有环形或其它几何形状的流管结合使用，以增大此类组件中信噪比的提高。
现在转到图，图1是示出科里奥利流量传感器系统10的实施例的图。科里奥利流量传感器系统10包含联接到传感器组件14的电子电路12。传感器组件14可包含流管和为流管提供刚度增加的一个或多个特征。
在一个实施例中，传感器组件14包含流体流动组件18，该流体流动组件18提供沿着流管(形成流体流径)的可变刚度。例如，传感器组件可包含用于保持流体22的刚度可变的流管20。在另一实施例中，刚度可变的流管20可联接到结构支承构件24，该结构支承构件24通过约束流管20在某些轴线上的移动来提供和/或增大可变刚度。在某些实施例中，可变刚度可经由与流管20本身成整体的特征来实现，且流管20可与带有或不带有结构支承构件24的系统10结合使用。在本文中提供的其它实施例中，结构支承构件可与刚度一致的流管(即，不包含本文中公开的可变刚度特征的流管，或沿着其长度具有大体上恒定刚度的流管，诸如，如图2中示出的流管17)结合使用。
另外，在某些实施例中，传感器组件14可包含一个或多个传感器26以及一个或多个促动器16。将由本领域技术人员了解的是，传感器组件14的一个或多个构件可构造为一次性部分，且其它构件可构造为可重复使用的驻留部分。为此，在其中某些构件为一次性的实施方式中，一次性构件可与驻留部分分离(例如，由操作员使用适当的工具或用手)。例如，一个或多个传感器26、一个或多个促动器16或者流管20中的至少一个可为一次性部分，且其它部分构造为可重复使用的驻留部分。将由本领域技术人员了解的是，一次性部分可按由特定工艺需要所决定的间隔以非常低的成本更换。另外，在一些实施方式中，可改变流管20，而不需要更换整个科里奥利流量传感器。一次性部分子系统允许获得高精度测量，重复使用科里奥利流量传感器系统10的部分，为单次使用的应用提供灵活性，且实现成本和材料的节省。
参照图1，在一些实施例中，流管20可在机械振荡器28操作期间与机械振荡器28联接或与机械振荡器28形成组件且因此采取刚性振荡管的形式。一个或多个促动器16用于通过机械振荡器28和流管20在流体22中引发在所需要频率范围内适当幅度的振荡。机械振荡器28和促动器16统称为机械驱动组件30。一个或多个传感器26配置成提供指示由流过流管20的流体22所引起的科里奥利响应的信号。一个或多个传感器26可包含例如电磁传感器或光学传感器以及相关联的构件。
流管20可构造为带有允许流体流的内部通路的导管，且可形成为包含但不限于单、双或多回路构造、分流、直管、逆流或同流构造的形状。在一些实施方式中，例如，流管20由对机械振荡器的振荡模态(谐波频率)的影响并非主要的聚合物制成。在一些其它示例中，流管20由金属制成。在还其它的示例中，流管20由玻璃制成。在一些示例中，流管材料根据生物处理应用的特定需求(诸如温度、压力和待测量的流体的特性(例如，腐蚀性))来定制。此外，如本文中提供的，流管20可实现有促进沿着其长度的可变刚度的壁厚或材料特征。流管20可布置成允许用于流体处理系统的在线流体流感测。因此，流管可与较大的流体处理系统的流体导管流体连通。
科里奥利流量传感器系统10还包含联接到传感器组件14的电子电路12。电子电路12包含驱动电路32，以触发一个或多个促动器16来在流管20中生成期望频率和大小的振荡。科里奥利流量传感器系统10还包含传感器电路34，以从流管20接收科里奥利响应。电子电路12还包含处理器36，以处理从传感器26接收的科里奥利响应信号来生成代表流体的一个或多个性质的一个或多个测量值。这些测量值经由用户接口38显示。电子电路12还包含存储器40，以存储测量值来用于进一步的使用和通信，以存储对于驱动电路32和传感器电路34有用的数据。
在操作中，电子电路12触发一个或多个促动器来在流管20中生成振荡，该振荡传递到流体22。由于这些振荡，科里奥利响应(振动幅度和相位)在流体中生成，且由传感器26通过流管20感测。来自传感器26的所感测的科里奥利响应信号传输到电子电路12，以用于进一步处理来获得包含流体流的流体的一种或多种性质的测量值。
系统10可用于评估任何流体流动系统中的流体特性。如所公开的，流体特性可在多种制造和/或流体流过程的操作期间评估。用于本文中描述的系统10的一些应用包含半导体工业中晶片的制作，以及涉及有机流体使用的医学应用。这些中的一些是高纯度应用，且在此类应用中使用由例如聚合物或其它化学惰性材料制成的流管20是有利的。在一些其它应用中，由电惰性且低热传导率的材料(比如玻璃)形成的流管20是有利的。
图2示出示例性振荡模态的振荡图42、44和46。振荡图42示出相对于振荡图44和46的刚度一致的流管17，振荡图44和46示出带有流管20的流体流动组件18，流管20具有可变刚度，其可与如本文中提供的科里奥利流量传感器系统10结合使用。如示出的，每个流管20可联接到驱动每个流管20的振荡的机械振荡器28。系统10可包含感测振荡的两个传感器28。
振荡图44和46中示出的流管20包含沿着流管20定位的刚度增加的一个或多个区域23。刚度增加的区域是相对于刚度较小的区域25。在某些实施例中，增加的刚度可由下者中一个或多个引起：流管20在一个或多个区域23中相对于刚度较小的区域25由不同的材料形成，流管20在区域23中的壁厚相对于流管20在刚度较小的区域25中的壁厚增加，或经由联接到流管的一个或多个结构支承构件24(例如，如图7中示出的)。
在操作中，通过机械驱动组件30的机械振荡器28，如沿着长度或流体流轴线(例如，如由流动箭头52示出的)所测量的，力48大约施加到流管20的中心31，且其可对应于流管20的流体入口点27与流体出口点29之间距离的一半。力48导致典型的驱动偏转形状50。在流动52(例如，流体22的流动，示为在箭头52的方向上流动)时，科里奥利力分布54施加在流管20上，导致流管旋转56。科里奥利力分布52和驱动偏转形状50的组合是科里奥利偏转形状58。
科里奥利偏转形状w取决于流管的弯曲刚度和科里奥利力分布52。科里奥利相移∆t由特定频率f下科里奥利偏转形状58 w与流管的驱动偏转形状48 v之间的关系来确定：
Figure 740643DEST_PATH_IMAGE002
如上文论述的，科里奥利相移用于测量流体性质和流体流率。大体上，越大的科里奥利相移导致越高的测量灵敏度。科里奥利相移可用驱动位移与科里奥利位移的关系来确定。
沿着振荡器轴线(例如，在力48的方向上)可变的弯曲刚度对驱动偏转形状48和科里奥利力分布两者有影响，导致科里奥利偏转形状改变。而且，可变的弯曲刚度使科里奥利力分布沿着振荡器轴线移动，其使科里奥利力分布54朝振荡最大值移动。振荡图44和46示出科里奥利偏转形状52如何随由刚度增加的区域23所赋予的可变刚度分布来改变。示意图44示出在振荡器轴线的端部处(即，在流体入口点27和流体出口点29处)增加的刚度使科里奥利力分布64最大值朝振荡器的中心移动。因此，科里奥利力在感测区域中引起更高的科里奥利移动，其导致相移增加。如示意图48中示出的，当刚度增加的一个或多个区域23定位在流管的中心31处时，驱动偏转形状48可在中心处变平。因此，科里奥利力分布52和科里奥利偏转形状散焦(defocus)且朝旋转轴线移动，导致相对于均匀的弯曲刚度较小的科里奥利相移或在旋转轴线附近弯曲刚度增加。因此，在某些实施例中，流管20设有刚度增加的一个或多个区域23，其邻近于流管20的流体入口点27和/或流体出口点29定位。此外，流管20可具有刚度增加的一个或多个区域23，其定位成避免或排除流管20的中点31(例如，流体入口点27与流体出口点29之间的中点)。流管20可具有刚度增加的一个、两个或任何数量的区域23。
图3示出用于评估科里奥利相移(与带有恒定刚度的刚度一致的流管17结合)的实验结果和科里奥利相移灵敏度的对应图70。图像72示出用于用联接到机械驱动组件30的流管来确定科里奥利相移灵敏度(例如，基于流率的科里奥利相移)的实验设置。图70显示科里奥利相移对标度流率(kg/min)。点74表示科里奥利流量传感器的重复测量，该科里奥利流量传感器具有图像72中示出的流管20。对于该构造，在最多达10kg/min的流率下，所测量的科里奥利相移在大约2至10µs范围内。基于4.7kg/min流量和150Hz驱动振荡，图像72中示出的流管的所测量的科里奥利相移为4µs。
图4是根据本公开内容的比较刚度一致的流管17与具有可变刚度(例如，沿着轴线78)的刚度可变的流管20之间的相移的示意图。流管17具有连续的刚度分布且具有基于4.7kg/min流量和150Hz驱动振荡的4µs相移(使用有限元分析(FEA)来计算)。基于4.7kg/min流量和150Hz驱动振荡，流管20的相移为37µs(使用FEA来计算)。
图5示出刚度一致的流管17相对于带有可变弯曲刚度分布的刚度可变的流管20(示为流管82、84、86和88)的各种实施方式，其中对应的科里奥利相移灵敏度使用有限元分析(FEA)来计算。每个流管17、20具有横跨长度90(例如，流动轴线91)可变的弯曲刚度。每个流管17、20的弯曲刚度的大小与沿着轴线94(例如，竖直轴线)的高度92相关。例如，流管82在每个流管的长度的大约前25%和后25%内具有弯曲刚度较大的两个区域。流管84、86和88示出沿着每个流管的长度可变的(例如，分级的)刚度。
每个流管17、20(82、84、86和88)的相位差∆t是基于4.7kg/min的恒定流量和6.3mm的流管内径(ID)使用有限元分析(FEA)仿真来计算的。每个箭头96(若干个在图4中注释)的长度表示流管17、20(82、84、86和88)上的科里奥利力的大小。流管17、20(82、84、86和88)的计算相位差分别为4.5、8.1、14.3、12.4、4.4、2.9µs。每个计算的相位差在对于每个流管的相同位置处测量。流管82具有本文中表示的流管的最高相位差(例如，14.3µs的相位差)，其指示它具有最高的灵敏度。因此，图5示出存在导致最佳性能(例如，高的流量灵敏度)的横跨流管20的刚度分布。虽然图5中示出的流管17、20(82、84、86和88)关于流动轴线都大体上是直的，应由本领域普通技术人员了解的是，以改变流管20的刚度来提高性能的影响延伸到如本文中提供的其它几何形状的流管。因此，如本文中提供的，流管20可形成为具有刚度较低(例如，最小)的区域25，区域25横跨中点31延伸且由刚度相对较高或增加的区域23侧接。流管20的刚度增加的区域23可具有阶梯的或非恒定的厚度，使得在刚度增加的一个或多个区域23内的各个位置具有相对于刚度较低的区域25增加的刚度，但可具有相对于刚度增加的一个或多个区域23中其它位置不同的刚度。还应理解的是，设想到其它实施方式。例如，侧接的刚度增加的区域23a和23b可具有彼此相同的刚度，或可具有相对于彼此不同的刚度，而仍然比刚度较低的区域25在刚度上高。此外，刚度增加的区域23a和23b可为相同长度或不同长度的。另外，在某些实施方式中，可消除刚度增加的区域23a或23b。在一个实施例中，刚度增加的区域23(例如，23a和/或23b)可为流管20的总长度的约5-30%，如从流体入口点27测量到流体出口点29。刚度最低的区域25可为流管20的总长度的约20-80%(例如，20-30%、20-40%、20-50%、30-60%)，如从流体入口点27测量到流体出口点29。另外，刚度最低的区域25可关于中点31对称，或可相对于中点31不对称。不管特定的构造如何，流管20可构造成使得流管上的第一位置具有与第二位置(第二位置与第一位置沿着流体流径间隔开)不同的刚度(例如，根据几何形状、谐波运动或杨氏模量来确定)。
图6示出对于刚度可变的流管20的若干示例性实施方式的截面图，该刚度可变的流管20带有沿着流管20的长度的可变刚度，以用于与如本文中提供的科里奥利流量传感器系统10结合使用。流管100具有沿着长度90逐渐变化的壁厚102，其赋予增加的刚度。虽然流管100示出厚度102上的线性变化，厚度的任何级别改变是允许的。大体上，流管在位置104和108处具有相对于位置106更大的厚度。流管109在端部110处具有增加的刚度，这由周期性间隔的厚度增加的区域112(例如，厚度增加的肋，其分布在(各)位置处以促进较高的信噪比)所引起。流管114示出通过流管的可变材料成分来实现的可变刚度。例如，流管的中心由第一材料116制成，第一材料116由材料118和材料120侧接。材料118和120可为相同或不同的材料。在期望的可变刚度方面，材料116、118和120的相对刚度可不同。例如，材料118和120可比材料116更硬，以实现端部上增加的刚度。厚度或材料上的此类变化可在制造流管20时使用适当的挤压参数来实现。此外，流管20的可变刚度可通过在刚度增加的区域23中(且不在刚度较低的区域25中)向流管20的材料提供添加剂或加强物(例如，添加剂颗粒、线)来实现。在某些实施例中，厚度或材料成分上的任何改变可关于流管20的整个圆周，而在其它实施例中，在厚度增加的区域或位置中，厚度或材料成分上的改变可仅应用于流管圆周的部分。
如本文中大体上论述的，使振荡轴线方向上的刚度沿着流管的流动轴线(例如，轴线91)变化改变沿着振荡轴线(例如，竖直轴线94)的振荡(例如，模态)。另外，存在导致科里奥利相移增加的用于调节振荡的其它因素。图7是沿着流管20的竖直轴线122和横向轴线124的示意图。如示出的，振荡126出现在贯穿(span)竖直轴线122和流动轴线91的平面125内。不需要的谐波模态(例如，结构模态)可沿着轴线122和124出现且造成科里奥利偏转形状(例如，科里奥利偏转形状58；图2)。为了衰减或改变管流体流动组件18的不需要的谐波模态的频率，可向刚度一致的流管17(如示出的)或刚度可变的流管20添加额外的结构特征(例如，模态特征)。沿着某些轴线(例如，122和124)的结构特征可以以可变的截面对不同的振动模态提供独立的影响，其调整不需要的谐波模态(例如，使谐波模态的频率上移，使频率下移，或减小幅度)，直到不需要的谐波模态的影响可忽略，导致科里奥利流量传感器组件的灵敏度和稳健性提高。变更不需要的谐波模态的特征(例如，模态特征)可具有各种设计、结构和性质来解决不同的模态。
例如，模态特征可包含竖直鳍结构127，以增加竖直轴线122上的刚度，导致更好地控制科里奥利偏转形状。另外，模态特征可包含横向鳍结构128(例如，胸鳍)以调整(例如，防止、移动或减小)沿着横向轴线124的模态。横向鳍结构128增加在横向平面内的刚度，同时对沿着竖直轴线122的模态几乎不提供至不提供负面影响。在一个实施例中，竖直鳍结构127可经由流管的延伸部或可变厚度壁与流管20的结构整体形成。在某些实施例中，如本文中提供的竖直鳍结构或其它结构可实现为联接到流管20的结构支承构件24。在一个实施例中，结构支承构件24可逆地联接到流管17或流管20，以允许交换或更换所使用的流管，同时保持传感器组件14(图1)的可重复使用的构件。应由本领域普通技术人员了解的是，如图5中论述的，结构支承构件24另外改变流管的刚度。而且，本领域普通技术人员将认识到，可附接的结构支承构件可适于一次性(例如，可附接的和可移除的)或可重复使用的流管。当联接到流管(例如，流管17或流管20)时，结构支承构件24构造成允许所联接的流管振荡。在某些实施例中，结构支承构件与流管一起振荡。
图8和图11-13示出科里奥利流量传感器的不同实施例。特别地，图8和图11-13示出与具有不同特征(例如，鳍)的结构支承构件24联接的流管和相关联的科里奥利相移灵敏度测量。大体上，下文论述的实施例示出增加的科里奥利相移灵敏度，其通过基于流率的所测量的科里奥利相移的范围来例证。
图8示出根据本公开内容的联接到流管的竖直鳍结构支承构件24。图像128示出用于基于可变流率来确定科里奥利相移灵敏度的实验设置。图像128示出流管、振荡器28和竖直鳍结构支承构件24。图130示出图像128中流管的科里奥利相移对流率。来自所测量的科里奥利相移对流率的点132大体上拟合直线。
图9示出结构支承构件24的实施方式的横向模态136和驱动或操作模态138。FEA仿真示出，横向模态具有97Hz的频率，其接近于150Hz的操作模态频率。应由本领域普通技术人员了解的是，虽然科里奥利流量传感器组件表现良好(例如，对于给定流率的所测量的相移拟合线性方程)，额外的改变(例如，模态特征)可在某些条件(例如，流率)下提高科里奥利流量传感器组件的性能。所示出的结构支承构件24可具有本体125，该本体125包含延伸的鳍部分127，该鳍部分127大体上定位在与流管端部(例如，流体入口点27和出口点29)对应且远离流管延伸距离d1的区域处。本体在中心部分135中较薄，例如，延伸到小于d1的距离d2。为联接到流管，本体125包含多个肋137，肋137形成接收区域139且尺寸和形状设置成联接到流管(例如，流管17或流管20)，例如通过形成允许操作者插入和/或移除流管的围绕流管的局部环状空间。流管在联接到结构支承构件24时将经历沿着横向平面减小的振荡，该横向平面从横向模态箭头136向外延伸。
图10示出驱动振荡140、横向模态142和弯曲模态144的频率的图。对于每个模态140、142和144，模态的图示分别以141、143和145示出。结构支承构件调整谐波模态(例如，使模态频率上移或下移或者减小幅度，直到可忽略不需要的模态)。例如，发现驱动振荡与横向模态之间至少1.5的频率裕度显著地减小横向模态的动态响应。另外，驱动振荡与弯曲模态之间至少2.0的频率裕度导致科里奥利流量传感器组件性能的额外提高。
图11示出根据本公开内容的包含与具有竖直鳍和横向鳍的结构支承构件24的实施方式联接的流管20的科里奥利流量传感器组件的科里奥利相移灵敏度。图像148示出包含流管20、振荡器30和结构支承构件146的用于基于可变流率来确定科里奥利相移灵敏度的实验设置。如示意图150中示出的，流管在垂直于流径的方向152上振荡。图154示出图像146中描绘的流管的科里奥利相移对流率，图像146具有示意图150中示出的结构支承构件24。对于联接到结构支承构件24的流管20的所测量的科里奥利相移对流率拟合线性方程(例如，表示为线156)。包含具有竖直鳍和横向鳍的结构支承构件24的科里奥利流量传感器组件的所测量的科里奥利相移为19µs，其大于具有恒定刚度的科里奥利流量传感器组件的4µs相移。
图12示出根据本公开内容的对于与双鳍结构支承构件24的实施方式联接的流管20的科里奥利相移灵敏度。图像160示出包含流管20、振荡器30和双鳍结构支承构件24的用于基于可变流率来确定科里奥利相移灵敏度的实验设置。双鳍结构支承构件24包含鳍结构之间的内部空间158。如示出的，内部空间158是中空的；然而，在其它实施例中，内部空间158可为实心的或部分实心的(例如，多孔的)，且可由与双鳍结构支承构件24的其余部分不同的材料构成。第一示意图162示出双鳍结构支承构件24的图示，其中科里奥利力如箭头164示出的。第二示意图166示出双鳍结构支承构件24的侧部透视图。图168示出示意图162、166和图像160中描绘的流管的科里奥利相移对流率。包含双鳍结构支承构件24的科里奥利流量传感器组件的所测量的科里奥利相移为22µs，其大于具有恒定刚度的科里奥利流量传感器组件的4µs相移。
图13示出根据本公开内容的结构支承特征24。如上文论述的，可向科里奥利流管添加结构支承特征，以减小由机械驱动组件32引起的不需要的谐波振荡对驱动振荡的影响。大体上，结构支承构件可具有解决一个轴线(例如，竖直或横向)上不需要的谐波振荡的特征。例如，虽然图8中示出的具有竖直鳍的结构支承构件提高科里奥利流量传感器组件的科里奥利相移灵敏度，科里奥利流量传感器组件在某些条件下(例如，在点110处)示出较低的灵敏度。图10中示出，带有横向鳍和竖直鳍的结构支承构件116导致科里奥利相移灵敏度增加；然而，在某些实施例中，将由本领域普通技术人员认识到的是，额外的特征(例如，模态特征)可添加流管较不期望的体积。图13示出带有解决沿着若干轴线的不需要的谐波特征的特征的结构支承构件24。大体上，结构支承构件24允许流管的不同区域具有可变的弯曲刚度、横向刚度和竖直刚度。结构支承构件24在联接到流管时可沿着流管的整个长度或在某些实施例中沿着流管长度中的一些与流管直接接触。
图13中示出的结构支承构件24具有沿着脊骨结构178的第一区域172、第二区域174和第三区域176，该脊骨结构178具有肋结构180，肋结构180允许结构支承构件24联接到流管20。脊骨结构178具有以距离186分离的第一脊骨182和第二脊骨184。第一区域172和第二区域174具有类似的结构特征。而且，第一脊骨182与第二脊骨184之间的距离186是类似的。图像188示出第三区域176中沿着结构支承构件24的长度的代表性截面图。图像190示出在第一区域172和第二区域174中沿着结构支承构件24的长度的代表性截面图。如示出的，第一区域172和第二区域174中的第一脊骨182与第二脊骨184之间的距离186(例如，围绕肋结构180的较大弧长)大于图像190中示出的第一脊骨182与第二脊骨184之间的距离186。越大的距离186导致越大的横向刚度。因此，沿着流管20的横向刚度可基于脊骨182与184之间的距离来调节。
如图13中还示出的，第一脊骨182和第二脊骨184具有可变的厚度。在第一区域172和第二区域174中，脊骨具有比第三区域中更大的厚度192。当结构支承构件170联接到流管20时，越大的脊骨厚度192导致流管20的越大的竖直刚度。当结构支承构件联接到流管20时，第三区域176的越薄的脊骨厚度192为流管20赋予越低的竖直刚度。因此，除了可变的横向刚度之外，结构支承构件170可为流管20赋予可变的竖直刚度。
本公开内容涉及一种科里奥利流量传感器，其带有如下特征：减小不需要的谐波模态对由机械驱动组件所引起的振荡的贡献。如本文中论述的，特征可包含带有可变刚度的流管，可变刚度可通过流管本身的特征(诸如流管的可变壁厚)或通过使流管的材料成分变化来实现。另外，可变刚度可通过包含与流管成整体的结构支承特征或经由联接到流管的外部结构支承构件来实现。结构支承构件可包含子构件(例如，鳍和脊骨)，该子构件影响流管沿着不同轴线的刚度，其使不需要的振荡的频率从由振荡器赋予的振荡频率衰减或移动。
该书面描述使用示例来使本领域的任何技术人员能够实施本公开内容的实施例，包含制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。可申请专利的范围由权利要求书限定，且可包含本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包含带有与权利要求书的字面语言非实质性差异的等同结构元件，此类其它示例意在处于权利要求书的范围内。

Claims (21)

1. 一种组件，所述组件包括：
结构支承构件，所述结构支承构件构造成接收流管，所述流管构造成为流体提供流径；以及
机械驱动组件，所述机械驱动组件构造成在流体流过所述流径时驱动所述流管和所述结构支承构件的振荡，其中当所述流管联接到所述结构支承构件时，所述流管在至少一个平面内的振荡减小。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述结构支承构件包括当所述流管联接到所述结构支承构件时远离所述流管延伸的本体，其中所述本体的第一部分远离所述流管延伸第一距离，且其中所述本体的第二部分远离所述流管延伸第二距离，所述第一距离大于所述第二距离。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述结构支承构件在联接到所述流管时形成围绕所述流管的局部环状空间。
4.根据权利要求1、2或3所述的组件，其特征在于，所述结构支承构件在联接到所述流管时沿着所述流管的整个长度延伸，使得所述流管沿着所述整个长度与所述结构支承构件的至少一部分直接接触。
5.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述结构支承构件在第一区域和第二区域中相对于第三区域是不同的，其中所述第三区域由所述第一区域和所述第二区域侧接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述流管构造成可逆地联接到所述结构支承构件。
7.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述结构支承构件包括沿着其长度分布的多个肋，其中所述多个肋构造成接收所述流管。
8.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述结构支承构件包括至少一个鳍，所述鳍在横向方向上远离所述流管延伸。
9.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述流管联接到所述结构支承构件。
10.根据权利要求9所述的组件，其特征在于，所述流管包括相对于所述流管的第二位置具有增加刚度的第一位置。
11. 一种组件，所述组件包括：
流管，所述流管构造成提供通过所述流管的流径，其中所述流管具有第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域都具有比第三区域更大的刚度；以及
机械驱动组件，所述机械驱动组件构造成在流体流过所述流径时驱动所述流管的振荡。
12.根据权利要求11所述的组件，其特征在于，所述流管由具有可变壁厚的材料形成，且其中所述第一区域的第一壁厚和所述第二区域的第二壁厚大于所述第三区域的第三壁厚。
13.根据权利要求11或12所述的组件，其特征在于，所述第一区域或所述第二区域是所述流管的总长度的25%或更小。
14.根据权利要求11、12或13所述的组件，其特征在于，所述第三区域比所述第一区域和所述第二区域长。
15.根据前述权利要求11至14中任一项所述的组件，其特征在于，所述第三区域由所述第一区域和所述第二区域侧接。
16.根据前述权利要求11至15中任一项所述的组件，其特征在于，所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域沿着所述流径的流动轴线布置。
17.根据前述权利要求11至16中任一项所述的组件，其特征在于，所述流管限定大体上直的流径。
18.根据前述权利要求11至17中任一项所述的组件，其特征在于，所述流管是一次性的。
19.根据前述权利要求11至18中任一项所述的组件，其特征在于，所述组件还包括结构支承构件，所述结构支承构件可逆地联接到所述流管，其中所述结构支承构件联接到所述流管，导致所述第一区域和所述第二区域相对于所述第三区域更大的刚度。
20.根据权利要求19所述的组件，其特征在于，所述刚度是弯曲刚度。
21.一种系统，所述系统包括：
流体流动组件，所述流体流动组件包括流管，其中所述流体流动组件构造成提供通过所述流管的流径，其中所述流管由在第一位置处具有第一刚度且在第二位置处具有第二刚度的材料形成，所述第一刚度大于所述第二刚度；
机械驱动组件，所述机械驱动组件构造成在流体流过所述流径时驱动所述流管的振荡；以及
传感器，所述传感器配置成感测所述流管的振荡且生成指示所述振荡的信号。
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