CN1146719C - 科里奥利质量流量计 - Google Patents

Abstract

本发明的科里奥利流量计有两条并联的弯管型流量管；使一个流量管相对于另一个流量管以相互相反的相位共振地进行驱动、且被安装在上述流量管的中央部分的驱动装置；以及被设置在相对于该驱动装置的安装位置左右两侧对称的位置的流量管上，检测与科里奥利力成正比的相位差的一对振动检测传感器；上述驱动装置及一对振动检测传感器分别由一个线圈和一个磁铁构成，并且驱动装置的线圈被安装在一个流量管上，而且驱动装置的磁铁被安装在另一个流量管上；上述一对振动检测传感器各自的磁铁安装在上述驱动装置的线圈所在的流量管上，而且一对振动检测传感器各自的线圈安装在上述驱动装置的磁铁所在的流量管上。

Description

科里奥利质量流量计

技术领域

本发明涉及科里奥利质量流量计，特别是涉及使用两条并联的流量管式的科里奥利质量流量计及其线圈和磁铁的配置方法。

背景技术

已知的质量流量计(科里奥利质量流量计)是这样一种流量计：将流过被测定流体的流管的一端或两端支撑起来，当使流管围绕该支撑点且沿着与该流管中流体的流动方向垂直的方向振动时，作用于流管(以下将被施加振动的流管称为流量管)上的科里奥利力的大小与质量流量成正比，该流量计正是利用了这一性质。作为该科里奥利质量流量计的流量管的形状大致分为弯管和直管。

直管式的科里奥利质量流量计沿着垂直于支撑着两端的直管的中央部分直管轴的方向振动时，在直管的支撑部分和中央部分之间，通过由科里奥利力产生的直管的位移差信号、即相位差信号，检测质量流量。这样的直管式科里奥利质量流量计简单、紧凑、具有牢固的结构，但不能获得高检测灵敏度。

与此不同，弯管式的流量计通过选择有效地取出科里奥利力用的形状，能进行高灵敏度的质量流量检测。而且，还已知为了更有效地驱动该弯曲的测定管，用并联的两条管构成流过测定流体的弯管。

图10是这种现有的两条并联弯管型的科里奥利质量流量计的简略结构图。如图所示，流量管1、2由两条并联弯管(U形管)构成，同时利用在中央部分由线圈和磁铁构成的驱动装置15，驱动该两条流量管1、2，使其互相以相反的相位共振。另外，在相对于驱动装置15的安装位置左右两侧的对称位置，设置着由线圈和磁铁构成的一对振动检测传感器16、17，用来检测与科里奥利力成正比的相位差。

测定流体从通过入口侧的法兰盘18连接的外部流管流入呈管状结构的本体34，在这里利用端板35使流体方向转变90°，被等分到两条流量管1、2中。然后在流量管1、2的出口侧汇流，同时利用端板36使流体方向转变90°，流到通过出口侧的法兰盘19连接的外部流管中。这样，通过使测定流体等分地流入两条流量管1、2，即使流体的种类变化、温度变化，也总能使两条流量管1、2的固有振动频率相等，因此，能构成有效地稳定地驱动、同时不受外部振动或温度影响的科里奥利质量流量计，这是已知的。

可是，这种现有的使用由两条并联的弯管构成的流量管的科里奥利质量流量计没有完全隔绝来自外部的振动传递。

如图所示，在两条流量管1、2上安装着基板27、28，该点成为振动的第一支点，同时两条流量管1、2和本体34的连接部分成为流量管振动的第二支点，成为管整体振动的重要基础。可是，该第二支点不能隔绝来自外部的振动传递，从而从本体构件及外壳等传递外部振动，对科里奥利质量流量计的性能产生不良影响。

另外，这种使用由两条并联的弯管构成的流量管的科里奥利质量流量计由于在其结构上有测定流体入口处的分支部分、以及测定流体出口处的汇流部分，所以在此处产生压力损失，存在造成流体堵塞的问题。特别是高粘性流体或食品等易腐易塞液体时将产生问题。

另外，这种科里奥利质量流量计在其结构上还有必要使成本低廉、牢固，对应于管的万一破损也要有很高的可靠性，但现有的科里奥利质量流量计没有予以充分考虑。

另外，现有的科里奥利质量流量计没有考虑在进行振动的流量管中必然存在的高次振动方式的影响。

另外，在中央部分驱动由两条并联的弯管构成的流量管1、2的驱动装置15通常由线圈和磁铁构成。驱动装置的线圈被安装在两条流量管1、2中的一条管中，而磁铁被安装在另一流量管中，以互相相反的相位驱动这两条流量管1、2共振。另外，一对振动检测传感器16、17由线圈和磁铁构成，被设置在相对于驱动装置15的安装位置左右两侧对称的位置，检测与科里奥利力成正比的相位差。该传感器的线圈和磁铁也是通过安装构件分别将线圈安装在一个流量管中，将磁铁安装在另一个流量管中。

需要对这些驱动装置15及一对振动检测传感器16、17进行接线的只是线圈，磁铁上不需要接线。只在安装了线圈的流量管的表面上进行接线。可是，现有的科里奥利质量流量计没有考虑这样的接线对流量管振动的影响，而将驱动装置15及一对振动检测传感器16、17各自的线圈集中安装在一个流量管上。接线的质量及张力产生的影响只集中在安装了线圈的管上，因此，两条流量管的平衡恶化，对科里奥利质量流量计的性能产生不良影响。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决这样的使用两条并联的弯管的科里奥利质量流量计的问题，提供一种能隔绝来自外部的振动传递到振动支点上、具有高的振动稳定性、精确度高的科里奥利质量流量计。

另外，本发明的目的在于降低流量管的高次谐波振动方式的影响。

另外，本发明的目的在于构成振动难以通过流入路径传递的结构，同时大幅度减少测定流体入口处的分支部分、以及测定流体出口处的汇流部分的压力损失。

另外，本发明的目的在于构成成本低、机械强度可靠的结构，同时改善两条流量管的振动平衡，获得高精度。

另外，目的还在于使与本体形状一体化的全部棱角部分呈圆弧形状，具有壁薄、能耐非常高的压力的耐压外壳。

另外，本发明的目的在于将驱动装置及一对传感器的各线圈分散在两条流量管上，同时分散由接线产生的影响，保持两条流量管的平衡，减少对科里奥利质量流量计的性能的不良影响。

本发明的科里奥利质量流量计备有由两条并联的弯管构成的两条流量管1、2。驱动装置15驱动一条流量管相对于另一条流量管互相以相反的相位共振，另一方面，一对振动检测传感器16、17设置在相对于驱动装置15的安装位置左右两侧的对称位置，检测与科里奥利力成正比的相位差。入口侧分流器24将测定流体从流入口分支到上述两条流量管1、2中，而且出口侧分流器25使流入两条流量管1、2的测定流体汇合后从流出口流出。在这样的科里奥利质量流量计中，入口侧及出口侧分流器只在入口侧分流器24的流入侧及出口侧分流器25的流出侧机械地结合在本体30上。因此，在成为振动支点的入口侧及出口侧分流器24、25和流量管1、2的各自的结合端，能减少来自本体30及与其结合的全部结构物的振动传递的影响。这样，本发明通过将成为管振动支点的流量管和本体的连接部分构成隔绝来自外部的振动传递的结构，能提供一种振动的稳定性高、精度高的科里奥利质量流量计。

另外，本发明使入口侧分流器24及出口侧分流器25的流路分别从其流入口或流出口开始描绘成圆弧，圆滑地转向，同时连续地改变流路的合计断面积。因此，在测定流体的分支部分及汇流部分不会产生压力损失，也不会发生流体的堵塞。

另外，本发明通过使入口侧分流器24及出口侧分流器25的形状连续地扩大，形成弯曲的块状，能构成不具有特别的固有振动频率的结构，因此，能构成不会放大干扰振动、振动扩展难的结构。

另外，本发明通过使保持两端的连接口和流量计全体的本体30具有U形断面，而且呈配置了基板的箱形结构，以便不接触上述振动支点，对于使牢固的结构发生弯曲、扭曲、加在连接口上的外部应力，都不会影响管的振动，能制成高精度的流量计，同时能使本体壁薄，降低成本。

另外，本发明通过备有与本体30结合成一体、全部外周呈圆弧形的U形外壳31，即使壁薄，也能确保非常高的耐压性能，能构成对于管的万一破损具有可靠性的耐压容器。

另外，本发明通过将驱动装置15及一对振动检测传感器16、17配置在两条流量管之间、且在两管轴之间，能不产生由振动惯性力引起的惯性力矩。

另外，本发明通过将一对振动检测传感器16、17的安装位置配置在流入侧、流出侧各自的脚部、二次振动方式的节点处，能不受二次振动方式的影响，完全确保振动波束的对称性，同时能极大地隔绝来自外部的振动的进入。

另外，本发明通过在中心轴处使用对称地绕过两个流量管的挠性印刷电路板12、13，而且使附加质量及附加应力对称地进行驱动装置15及一对振动检测传感器16、17的接线，能获得非常稳定的振动，而且不容易受来自外部的振动的影响，能获得非常高的精度。

驱动装置的线圈3被安装在一个流量管1上，而且驱动装置的磁铁6被安装在另一个流量管2上，同时将一对振动检测传感器各自的磁铁7、8安装在被安装了上述驱动装置的线圈3的一个流量管1上，而且将一对振动检测传感器各自的线圈4、5、安装在另一个流量管2上。这样将驱动装置及一对传感器的各线圈分散在两条流量管上，同时分散了接线产生的影响，能确保两条流量管的平衡，能减少对科里奥利质量流量计的性能的影响。

另外，本发明的科里奥利质量流量计设有支柱10，且使其前端面与安装在流量管中央部分的驱动装置15相对，同时使接线用的电线穿过其内部，利用第一挠性印刷电路板12，将上述电线从该支柱10的前端面连接在上述驱动装置的线圈3上，而且利用第二挠性印刷电路板13，连接振动检测传感器的线圈4、5到设在流量管表面的接线(聚四氟乙烯线14)上，因此该接线在流量管中央部分相对于各流量管的振动中心大致对称的弯曲。这样，特别是由于从流量管经过支柱的接线用的挠性印刷电路板的刚性和形状大致相同，两条流量管彼此被分开，所以不仅能分散挠性印刷电路板对流量管的影响，而且能使挠性印刷电路板的宽度窄，因此能使挠性印刷电路板对流量管的影响最小且相同。

附图说明

图1是表示应用本发明的科里奥利质量流量计的第一例的图，是从其正面看到的将两条并联的弯管式的流量管安装在垂直面内的图。

图2是从上侧看到的图1所示的科里奥利质量流量计的图。

图3是在中央将图1所示的科里奥利质量流量计切断后的剖面图。

图4是表示应用本发明的科里奥利质量流量计的第二例的图，是从其正面看到的将两条并联的弯管式的流量管安装在垂直面内的情况的图。

图5是从上侧看到的图4所示的科里奥利质量流量计的图。

图6是在中央将图4所示的科里奥利质量流量计切断后的剖面图。

图7是表示图5所示的A部分和B部分的详图。

图8是表示图6所示的C部分的详图。

图9是从图8所示的线D-D方向看到的D-D向视图。

图10表示现有的两条并联弯管型科里奥利质量流量计的简略结构图。

图11是为了说明降低二次振动方式的影响，模式化地表示一条直管振动波束的图。

具体实施方式

本发明虽然能完全适用于使用两条并联的流量管的科里奥利质量流量计，但以下以两条并联的弯管型的、特别是门型的科里奥利质量流量计为例进行说明。

图1至图3是表示应用本发明的科里奥利质量流量计的第一例的图，想象将两条并联的弯管式的流量管安装在垂直面内的情况。图1是从其正面看到的图。图2是从上侧(从图1的上侧)看到的安装在垂直面内的科里奥利质量流量计的局部剖面图，图3是在中央将图1所示的科里奥利质量流量计切断后的剖面图。

举例示出的科里奥利质量流量计的流量管1、2是弯曲成门形的同一形状的弯管，各弯管的两端部分被结合在作为本发明的特征之一的将在后文详细说明的分流器24、25上。假定测定流体从图1的左侧流入，从右侧流出。即，测定流体从通过法兰盘18连接的外部流管流入，用入口侧分流器24等分地分支到两条流量管1、2中。然后在流量管1、2的出口侧用分流器25合流，流出到通过法兰盘19连接的外部流管中。

保持两端的连接口和流量计全体的本体30如图1所示，或如从与其垂直的方向看到的图3所示，有U形断面，同时该本体30的上部开口部除了分流器24、25以外，利用基板26结合，形成它的盖。这样，本体30的结构为具有U形断面的箱形。

在流量管1、2的两端附近设置呈音叉状驱动时形成振动的波节用的基板27、28，而且互相固定，以便维持流量管1、2的并联状态。

参照现有技术，如上所述，由流量管1、2的基板27、28形成的固定点成为振动的第一支点，同时流量管1、2和分流器24、25的上端的结合端成为第二支点，成为管全体振动的重要基础，但在本发明的该例中，振动的第二支点被与本体30、以及结合在基板26、耐压外壳31等本体上的全部结构物隔离开。只在分流器24的流入侧及分流器25的流出侧机械地结合在本体30上。另外，为了构成第二振动支点，需要将两条流量管一体地结合在该点，这可以这样做：例如，与第一支点一样，也能使用基板，但也可以使用例示的呈一体部件形状的分流器。

本发明由于这样使该第二振动支点构成减少来自外部的振动传递的影响的结构，所以具有很高的振动稳定性，构成高精度的科里奥利质量流量计。另外，利用由呈U形断面的本体30和基板26构成的箱形结构，成为对应于弯曲、扭曲呈牢固的结构。

另外，在该呈U形断面的本体30中，呈一体地构成断面呈U形的耐压外壳31，所以全部外周构成圆弧形状，即使壁薄，也能确保非常高的耐压性能，即使管万一破损，流过这里的流体也不会流到耐压容器的外部。

如上所述，测定流体在流路入口侧通过法兰盘18，从入口侧分流器24等分地分支到两条流量管1、2中。然后，同样利用分流器25汇流。这时，作为本发明的一例示出的分流器24的流路从其流入口(与法兰盘18的连接部分)开始描绘成圆弧，圆滑地转向90°(参照图1)，到达与流量管1、2的连接部分。这时，从一个流入口形成分支到两条流量管1、2的两个流路(参照图3)，但流路的合计断面积连续地减小后与管的断面积相连。因此，能大幅度减少压力损失。另外，一般说来，为了使流体流过流量管时比流过外部流管时的流速大，以使科里奥利力大，流量管的合计断面积为外部流量管断面积的0.7～0.8左右。

有这样形成的流路的分流器24由于其形状连续地扩大，形成弯曲的块状，所以能设计得不具有特别的固有频率，因此，能构成不会放大干扰振动、振动的传递难的结构。

同样，测定流体的流路出口侧的分流器25、与上述入口侧的分流器24的流路及形状呈对称结构，详细说明从略，但从两条流量管1、2开始，使流路的合计面积连续增大，汇流后与出口流路连接。

驱动装置15通常由磁铁和线圈构成，在这样的由两条并联的弯管构成的流量管1、2的中央部分，驱动两条流量管1、2，使其互相以相反的相位共振。一对振动检测传感器16、17也分别由磁铁和线圈构成，设置在相对于驱动装置15的安装位置左右两侧的对称位置，用来检测与科里奥利力成正比的相位差。图中所示的驱动装置15及一对振动检测器16、17都被配置在流量管1和流量管2之间的管轴之间。换句话说，如图1所示，沿重叠的方向看两条流量管时，将驱动装置15及一对振动检测传感器16、17分别配置在两个流量管之间，而且以两个流量管各自的中心轴的连线为中心配置。因此，驱动力作用在两个流量管的中心轴的连线上，而且能根据该驱动力检测科里奥利力，所以不会产生由振动惯性力引起的惯性力矩。

另外，在图示的例中，将一对振动检测传感器16、17的安装位置配置在成为振动的波束的流入侧、流出侧各自的脚部、二次振动方式的节点处。图11是表示为了说明降低二次振动方式的影响，模式化地表示一条直管振动波束的图。上述的两条流量管1、2的流入侧、流出侧各自的脚部可以看成各一条、总体上为4条直管振动波束。该直管振动波束如图11(A)所示，能模型化，但如上所述，这是振动的第一支点由流量管1、2的基板27、28形成的固定点，而且第二支点对应于流量管1、2和分流器24、25的上端的结合端。假定在该直管振动波束的前端重合了一定大小的波束，但它对应于连接流量管的左右两个脚部的顶部的质量(包括从这里流过的流体的质量)及驱动装置(Dr)的质量。

在这样的直管振动波束中，除了图11(B)所示的科里奥利质量流量计测量中利用的一次基本振动方式外，必然存在高次振动方式。高次振动方式中影响最大的是接近固有频率的二次振动方式，将它示于图11(C)中。如果将检测传感器(在图11(A)中用P/O表示)配置在该二次振动方式的节点处，则不受二次振动方式的影响。成为该二次振动方式的节点的位置由顶部、驱动装置、以及检测传感器的重量决定，设从第一支点到顶部的距离为L时，上述位置在距离第一支点为0.65～0.85L的范围内。

从驱动装置15及一对振动检测传感器16、17至外部的接线这样进行，即在流量管的中心轴(图3中左右的中心线)上使用对称地绕过两个流量管的挠性印刷电路板12、13进行，所以能使附加在振动的流量管1、2上的质量、以及从外部接触振动的流量管1、2而作用于它的应力(附加应力)完全对称，能获得高的振动稳定性，同时能构成不受来自外部的振动的影响的结构。其结果，能获得精度非常高的质量流量计。

图中，10是向驱动装置15及一对振动检测传感器16、17进行接线、以及向温度传感器进行接线用的支柱。该支柱10被支撑在基板26上，同时贯穿本体30。向驱动装置15及一对振动检测传感器16、17进行的接线从这里开始，沿流量管1、2的表面行进后，通过挠性印刷电路板12、13，到达支柱10的前端部分，通过其内部直接连接在科里奥利质量流量计的外部备有的端子箱9或电气控制电路上。向通常所备有的多个温度传感器进行的接线还通过该支柱10，被引出到外部。这时，利用该支柱内部备有的用塑料模制而成的耐压电线贯通部11，将电线取出口封闭，与上述的耐压外壳31一起，将内部空间与外部隔断。

图4至图9是表示应用本发明的科里奥利质量流量计的第二实施例的图，图4是从其正面看到的将两条并联的弯管式的流量管安装在垂直面内的情况的图。图5是从上侧(从图4的上侧)看到的科里奥利质量流量计的图，其A部及B部的详细结构示于图7。图6是在图4所示的中央切断后的剖面图，其C部的详细结构示于图8。图9是从图8所示的线D-D方向看到的D-D向视图。

这里例示的科里奥利质量流量计除了作为本发明的特征的驱动装置15及一对振动检测传感器16、17的线圈和磁铁的配置方法及接线方法以外，与通常的结构相同。流量管1、2是弯曲成门形的同一形状弯管，各弯管的两端部分与图中未示出的分流器连接，以便形成测定流体流路。另外，呈音叉状驱动时形成振动的节点用的基板27、28被设置在流量管1、2的两端附近，另外，流量管1、2互相固定，以便维持并联状态。

测定流体通过法兰盘18，在入口侧被等分地分支到两条流量管1、2中，然后在流量管1、2的出口侧汇流。驱动装置15在这样的由两条并联的弯管构成的流量管1、2的中央部分驱动两条流量管1、2，使其互相以相反的相位共振。一对振动检测传感器16、17被设置在相对于驱动装置15的安装位置左右两侧对称的位置，检测与科里奥利力成正比的相位差。

另外，驱动装置15及一对振动检测传感器16、17分别由线圈和磁铁构成，这一点与现有的技术没有差别，但图4至图9中举例示出的科里奥利质量流量计的配置方法和接线方法有特征。图中，10是向驱动装置15及一对振动检测传感器16、17进行接线、以及向温度传感器进行接线用的支柱，20表示向温度传感器的接线。该支柱10的前端面与驱动装置15相对，被支撑在基座38上，同时贯穿本体37。另外，将驱动装置15及一对振动检测传感器16、17的各线圈分散在两条流量管上，同时将由接线产生的影响分散开，其方法不是使用支柱10，例如，可以采用使接线沿流量管行进后保持在流量管的入口侧及出口侧的方法，但通过使用该支柱10，能更可靠地分散接线的影响。

驱动装置15如表示图5中的A部详细结构的图7所示、或如表示图6中的C部详细结构的图8所示，在流量管的入口侧和出口侧的中央部分，驱动装置的线圈3通过安装构件安装在一个流量管1上，驱动装置的磁铁6通过安装构件安装在另一个流量管2上。驱动装置的线圈3的接线通过被焊接在焊接部分22上的挠性印刷电路板12、而且通过支柱10内的接线，被连接在该科里奥利质量流量计外部。挠性印刷电路板本身是众所周知的，这里，特别是如图9所示，使用将接线用的铜箔夹在聚酰亚胺中的规定宽度的印刷电路板。

一对振动检测传感器16、17如表示图5所示的B部的详图的图7所示，检测传感器的磁铁7通过安装构件安装在一个流量管1上，检测传感器的线圈4通过安装构件安装在另一个流量管2上。即，将检测传感器的磁铁7安装在已经安装了上述驱动装置的线圈3的一个流量管1上，将检测传感器的线圈4安装在安装了上述驱动装置的磁铁6的另一个流量管2上。

一对检测传感器的线圈4、5的接线特别是如图7中的B部的详细结构图所示，被焊接在焊接部21上，而且通过被覆于流量管2的表面上的聚四氟乙烯线14(用聚四氟乙烯被覆铜线或铜箔制成的线)进行连接。该聚四氟乙烯线14从被设置在相对于驱动装置15的安装位置左右两侧对称位置的流量管上的振动检测传感器的线圈4、5开始，向中央的支柱10的方向、沿流量管2的表面到达中央部分，将左右的聚四氟乙烯线14一体地连接在挠性印刷电路板13上(图8)，通过支柱内的接线连接到科里奥利质量流量计外部。如图8及图9所示，该挠性印刷电路板13与驱动装置的线圈3的接线用的挠性印刷电路板12成对，使其刚性和形状大致相同，构成质量等对流量管1、2的影响最小、而且相同的大致对称的结构。在表示支柱10的前端面的图9中，左侧的挠性印刷电路板12用于向驱动装置的线圈3进行接线，而且右侧的挠性印刷电路板13用于向一对振动检测传感器的线圈4、5进行接线。此外，举例示出了通过支柱10连接的温度传感器用的接线端子。

工业上利用的可能性

如上所述，如果采用本发明，则能在使用两条并联的流量管型的科里奥利质量流量计中，提供一种振动稳定性高、且精度高的科里奥利质量流量计。

Claims (2)

1.一种科里奥利质量流量计，它备有：两条并联的弯管型的流量管；使一个流量管相对于另一个流量管以互相相反的相位共振地进行驱动、被安装在上述流量管的中央部分的驱动装置；以及被设置在相对于该驱动装置的安装位置左右两侧对称的位置的流量管上，检测与科里奥利力成正比的相位差的一对振动检测传感器，上述驱动装置及一对振动检测传感器分别由一个线圈和一个磁铁构成，该科里奥利质量流量计的特征在于：

上述驱动装置的线圈被安装在一个流量管上，而且驱动装置的磁铁被安装在另一个流量管上，

将上述一对振动检测传感器各自的磁铁安装在上述驱动装置的线圈所在的流量管上，而且将一对振动检测传感器各自的线圈安装在上述驱动装置的磁铁所在的流量管上。

2.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量计，其特征在于，该流量计还设有：

支柱，该支柱前端面与安装在上述流量管中央部分的驱动装置相对，同时使接线用的电线穿过其内部；

第一挠性印刷电路板，从该支柱的前端面伸向上述一个流量管，将电线连接到上述驱动装置的线圈上；和

第二挠性印刷电路板，从上述支柱的前端面伸向上述另一个流量管，沿着所述流量管的表面连接到从所述振动检测传感器的线圈伸出的接线上，

其中，所述第一和第二挠性印刷电路板在所述流量管中央部分相对于各流量管的振动中心大致对称地弯曲。

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