CN1159572A - 螺旋科里奥利质量流传感器 - Google Patents

Abstract

一种科里奥利质量流传感器，具有带管线入口和出口的单连接支承结构和螺旋形传感管，该管绕支承结构的管线轴线同轴缠绕并相对支承结构得到固定于管口的管端的支承，管口形成于支承结构并与入口和出口流动通道相通。传感管绕中心轴线延伸约720°，在其12点位置处装有致动装置，在中心线相对的两侧一、三刻钟位置处装有传感器。两个节点板在传感管的与致动装置相对一侧间隔设置，分别用于将中间环路段连接于下游尾段和上游尾段。

Description

螺旋科里奥利质量流传感器

本发明涉及科里奥利型质量流计，特别涉及一种用于科里奥利型质量流计的、改进了的单管质量流传感器。

用科里奥利原理进行质量流的测量已有50余年的历史。早期的研究者如Wilfred Roth和Anatole Sipin已认识到利用该原理的优点，并提出了数种流体管传感器结构及测量方法。

但是，只到七十年中期，微处理器被普通应用后，上述早期研究者所提出的方法才得以实施。此时，上述测量方法和操作原理已广为人知，并且，广泛应用的科里奥利质量流传感器具有的管径分布于从几分之一厘米到大于30厘米的范围。

在科里奥利质量流计技术及其广泛应用方面，动作传感及电信号处理功能已不再成为问题，而使流体传感结构具有高的机械灵敏度和可靠性的造价及技术困难，则使这些类型的质量流计价格昂贵、难以接受。

现有科里奥利质量传感器技术所存在的问题之一是，通过与传感器相连的管线，施加到流体管传感结构上的机械应力会导致测量误差。使流体管结构和管线应力隔离开的方法有如下述两种方法。

其中的方法之一是，利用整体铸造或岐管结构在相对的管线端之间形成刚性连结，并使质量流传感管从该处伸出，这样的结构已为下述专利文献公开，

US-A4891991，US4911020，US-A4957005，

US-A5048350，US-A5050439，US-A5054326，

US-A-5343764，US-A5349872，

特别是US-A-4991991，US-A4911020，US-A4957005，US-A5048350和US-A5050439中都公开了包括下述结构的科里奥利质量流传感器：

长形的刚性连接装置，用于连接两同轴对齐且两端分开的管线，所述管线用于引导欲测量的质量流，且该连接装置具有：

-与上述管线同轴的纵向轴线，

-形成于其中的第一通路，且沿轴向向其一端伸出，然后折成横向以形成两出口端口，以及

-形成于其中的第二通路，且沿轴向向相反端伸出，然后折成横向以形成两入口端口；

两节导管形成的两平行流体管装置，该装置卷绕于连接装置周围，且每一装置具有一和上述出口端口相连的入口端以及一和上述入口端口相连的出口端，

上述的两节导管的每节民管仅与一假想平面相交一次，所说假想平面垂直通过连接装置并包括纵向轴线，而且，

上述导管与连接装置的底端相接触；

节点板装置，将两导管的两入口端和出口端在稍离开连接装置的平面上连接在一起；

八缸装置，用于驱动工作回路的各部分以摆动方式相互接近或背离；以及四缸装置，用于检测因受驱动装置的驱动而使导管相互接近或背离而引起的导管互相之间的位移或运动偏差产生的科里奥利力。

此外，US-A4957005公开的科里奥利质量流传感器包括：

长形的刚性连接装置，用于连接两同轴对齐的但端部分离的管线，上述管线用于引导要测量的质量流，且上述连接装置具有：

-与管线同轴的纵向轴线，

-一入口端口，和

-一出口端口；

由一节管形成的一般为螺旋流体管装置，该装置绕于连接装置轴线周围，并具有一和上述入口端口相接的入口端以及一和上述出口端口相接的出口端，且

上述导管与一假想平面相交七次，所说假想平面垂直穿过上述连接装置并包括纵向轴线，其中的四次相交位于连接装置之上，其余的三次相交位于连接装置之下；

一节点板装置，该节点板装置将3个导管部分连接于假想平面上的一条线上，且该线位于连接装置之上。上述节点板用于界定出三个相互平行的工作回路的端部；

用于以摆动方式驱动工作回路的最上面部分使之相互接近或背离的驱动装置；以及

用于检测由一管路相对于其它管路的位移或运动差而引起的科里奥利力的两装置，上述的差是通过驱动装置使工作回路相互接近或背离而引起的。

除上述的由US-A4957005公开的科里奥利质量流传感器之外，其它的上述标记US-A的文件中公开的传感器均没有表明这样的技术思想，即，使传感器结构简单、易于制造及小型化。

虽然US-A4957005所公开的传感器满足了上述的大部分技术思想，但在其设计上仍没有将管机构与流体管线连接机构相分开。

在US-A4716771，US-A5020375，US5031468和US-A5357811中，曾尝试使质量流传感器免于管线应力的影响。尽管其中的每一种设计确实使管线和传感器管的工作部适度分开且传感器的结构简单，但上述设计存在其它如易于受剪切力的影响，管线外入口和出口，以及结构不紧凑。

因此，本发明的主要目的在于提供一种科里奥利质量流传感器，该质量流传感器造价相对较低，结构紧凑、占用相对小的空间，不易受机械应力影响，而且具有结构大致对称的优点。

本发明的另一目的是提供一种科里奥利质量流传感器，该传感器具有一刚性的单一的入口和出口结构，入口、出口和与之相连的管线在同一直线上，因此，不需要管线偏置或分流岐管。

本发明的另一目的在于提供一种科里奥利质量流传感器，该传感器使得质量中心在空间上尽量接近传感器的几何中心。

实现上述目的本发明将由主权利要求和从属权利要求限定。

简单地讲，本发明的优先实施例包括一单一的连接和支承结构，该结构具有在一条直线上的入口和出口，且具有一整体的、以同心方式绕于支承结构轴线并被支承于相应管端的螺旋传感管结构，且该结构和上述的入口和出口呈液性连接。上述的管端固定于形成在支承结构上的端口。

此外，上述管绕中心线延伸大致720°，且在其“12点钟”位置支承驱动装置，在传感器中心线的相反一侧的如钟表上的“一刻钟”位置支承检测器。

最后，一对节点板间隔地设在与驱动器相对的管的一侧，并且相应地用于将最中处回路部分连接于下游端部和上游端部。

本发明的一个重要优点是它可以由一结构简单的铸件制成，或仅需很少的加工或焊点的零件制成。

本发明的另一优点是，由于传感管呈螺旋状地绕着连接结构，故传感器的体积最小。

本发明的一优点是，传感管可以由一根管或由多节焊在一起的管制成连续的导管。

本发明的上述及其它优点可由下述的优选的通过附图介绍的实施例看出。其中，

图1是科里奥利质量流传感器的局部剖立体图。

图2是图1所示实施例的连接块更详尽的加工立体图。

图3是去掉近端法兰的实施例的端示图，该图表示了传感管端和中心块的连接。

图4是图1所示实施例的俯视图，表示了传感管和中心块的连接。

图5是图1所示实施例的侧视图，进一步表示了传感管和中心块的连接。

图1表示了一科里奥利质量流传感器，它包括由中心块14刚性连接的入口板10和出口板12，以形成一刚性连接结构，该刚性连接结构将轴线相互对准但隔开的、用于引导被测质量流的管线端连接在一起。

如上所述，入口和出口板10、12的外端分别形成凸缘16、18，凸缘16、18具有多个螺栓孔20以将传感器安装在连接管线(未图示)的端缘。

上述的入口、出口板10、12还包括中心孔22，以便接收和排放质量流。如入口板10上部被切去部分所示，入口、出口板10、12的内端通过铜焊或焊接的方式焊接到中心块14的两相对端，这一点将在下文详细描述。

中心块14一般是实心金属块，由铸造或机加工而成，它包括一对轴向相互对准的孔24、26，孔24、26也与上述入口板中心孔22同轴。孔24、26最好从每一端延伸到块内不到块长度一半的距离。孔24、26的直径大致和入口、出口板10、12上的孔22相等。横向延伸孔28、30向块14的相反侧延伸，以便与上述的孔24、26相交。

导管40环绕中心块14并将之焊接到此块上以实现与孔28、30的液体连通，该管可以是一节，并且变形成大致绕中心线的螺旋状，也可以是多节管适当连结而成。

管40起始于块上的31处，它相当紧地弯曲180°而与包括轴线A的假想垂直平面P(在32处)相交。然后，管40在与平面P在33处相交之前再弯曲180°。接下来，管40再次弯曲180°而与平面P相交于34处，再弯曲180°而与平面P相交于35处，然后再弯曲而与平面P交于30处，最后折回到块14而在37处与之接合。

环绕块14的管状螺旋包括两相互平行的管段38、39，该两管段分别在点32、34；34、36之间延伸以形成两个管环路。上游及下游端部管段相应地从点31延伸到点32，从点36延伸到37。此外，除去块14两端的端部管段的急剧弯曲以使之与块14相交之外，三段螺旋状管的底部大致上是互相平行地延伸的。

在环路的底部，一对刚性的节点板50、52以适当的距离分别位于平面P的两侧，该节点板将环路38，39的远端汇集在一起以形成工作回路部分60，62，此工作回路部分从节点板50到52平行且等间距地环绕着块14。

节点板50、52最好是焊接或铜焊于管40上，并具有足够的刚度以抵抗由环路部分60、62施加于其上的任何力所引起的弯曲。节点板50、52一般相距至少一环路部分60、62之间的环路间隔，但最好是相距数倍于上述的间隔。

在与假想平面P上部相交的部分，环路部分60、62相应地设置环路驱动器70的部件，当驱动器工作时，它驱动环路的上部以振荡的方式相互靠近或背离。

在节点板上产生的应力基本上是扭转应力，而不是弯曲应力。所以，在与节点板50，52连接的连接处的焊接失效的可能性大大低于悬臂U形管式等设计。

显然，由环路部分60，62形成的传感器的工作部分可通过其端部64，66而挠性地从块14起悬置，所说端部64、66分别是从点31至管与节点板52的交点53，以及从点37到节点板50上的点51。通过管线传递的外力的绝大部分将经块14而传递到端部64，66并被吸收，该外力的传递不会超越节点板50，52。

还可以看出，节点板50、50之间唯一的直接连接是通过管段54实现的，并且，施加于其端部的任何扭转或力都会是大小相等，方向相反。所以，这种力将在管段54上被消除，且不会对工作环路的工作产生不利影响。

在与块14相对侧的环路部分60、62上的适当位置上，并由环路部分60、62携带，设置一对环路应力、运动或位移检测器72，74，该检测器用于检测相应环路部分相互之间的应力、运动或位移差异，这种差异是由科里奥利力引起的，而这种力是通过驱动器70驱动质量流前后移动而产生的。

如上所述，驱动器设置于“12点钟”位置，而检测器72、74位于“一刻钟”位置且位于传感器中心线两相对侧。显而易见，驱动器70和检测器72、74可以是任意适当的设计和布置，以使传感器具有理想的灵敏度。而且，任何其它适当的驱动器/检测器的外形和布置可应用于本发明环路结构。

虽然未在图中特别示出，显然，完整的科里奥利质量流计除上述的科里奥利传感器之外，还包括适当的驱动及信号检测电子设备，这些设备与驱动器70及检测器72，74相连接，此外，质量流计还包括现有的信号处理及显示装置。

虽是局部示出，但可以理解，该质量流计还应包括适当的多件壳体56，它在法兰之间封住传感器元件。

参考图2，在下面描述块14的具体结构。块14既可以是由适当的实心材料块加工出，也可以是被模锻或锆造，而后再经过适当加工而制造。一般而言，当块14是由切削加工制造时，其制造方法是通过沿轴线A在块14的两相对端镗出入口和出口孔24、26，并且绕每一孔24，26切出一环形孔32′以形成环形套头34′，在此套头处将入口和出口板10、12焊接。

带有适当沉孔27，29的横向延伸的通道28、30被加工成分别与孔24、26相交。孔24、26的直径最好和入口、出口板10、12上的孔22的直径相等。孔28、30的直径最好和管40的内径相等。沉孔27、29的直径和管40的外径相等，这样，管40的管端在焊接或铜焊之前可以插入其中。

图3是沿轴线A方向的端视图，其中，板10被拆去，且壳体56的入口侧和出口侧沿57、58被切去，以表示传感器的内部细节。如上所述，壳体56可以是两合瓣式结构，它具有分界线59和夹紧法兰61，法兰可由螺栓62固定在一起。

壳体56可与入口、出口板的一侧相配合，或如虚线63所示，可与块14相对端上设置的一角、表面槽或法兰相配合。在相接处由柔性密封垫保证壳体内部为气密封。

图4是局部剖俯视图，用以表示端板10、12与块14在11、13处的连接，以及管和块14在31，37的连接，以及密封壳体和块14在块14肩部63的连接。

图5是去掉端板和壳体时传感器的侧视图，以表示管和块、管和接点板的关系。

就制造简单、使用的安全性、可靠性及易安装等方面而言，上述的实施例和先有技术相比，具有显著的优越性。在其所被固定的流体管线端部之间，它提供了充分的刚性，而且呈无非线性应力线地支承其所有的元件。由于没有弯曲应力施加于任一焊缝，所以焊缝的完整性较其它设计方案更好。

例如，在US-A5357811的设计中，装置抗管线纵向冲击与振动的能力与管和板之间焊缝的完整性具有很大关系，(图2的19，23)。在这种设计方案中，法兰和法兰之间的接合强度受焊缝强度的限制，虽然在管较小的装置中这不成为问题，但在大径管的场合下，这将是一个制约因素。

此外，在本发明中，流体管具有对称的螺旋外形，这样，需容纳传感器的空间即关于管线对称，从而使空间最小。

虽然本发明是根据上述实施例来描述的，但对于本技术领域普通技术人员而言，本发明可以有所改变。例如，如图3中的虚线64′，66′所示，流体管的端部可以连接于块14单侧(相对于两相对侧而言)形成的流出口和再流入口。

显然，在一些应用中，可以使用长形管或椭圆形流体管，这也属于本发明范围之内。此外，上述的流体传感器外形可以倒置。

Claims (7)

1.一种科里奥利质量流传感器，包括：

一长形的刚性连接装置，用于连接两轴向对准但隔开的管线的端部，所述的管线用于导通要测量的质量流，而所述的连接装置具有：

一与管线相同轴的纵向轴线A，

形成于其上的第一通道，该通道沿轴向延伸至其一端并向横向弯折以形成一输出口，以及

形成于其上的第二通道，该通道沿轴向延伸至另一相对端并向横向弯折以形成一输入口；

一节导管(40)，它形成绕连接装置的一螺旋形流体管，该导管具有一分别与上述输出口、输入口相连接的入口端和出口端，该节导管与一假想平面(P)相交不超过5次，且上述假想平面(P)，

垂直地穿过上述连接装置，

包括纵向轴线，

与平面(P)的相交点中的两个(33，35)位于连接装置之上，

与平面(P)的相交点中的三个(32，34，36)位于连接装置之下；

第一节点板装置(50)，在偏离上述平面(P)的一侧，将通过连接装置下方的三个导管部分中的两个导管连接起来；

第二节点板装置(52)，在偏离上述假想平面(P)的另一侧将通过连接装置下方的三个导管部分中的另两个导管连接起来，

上述的两节点板装置用于界定出，从连接装置延伸出并环绕连接装置的导管的两个工作回路(60，62)的端部；

驱动装置(70)，用于驱动工作回路的最上部分以振荡方式相互接近或背离；

检测器装置(72，74)，当驱动装置驱动工作回路互相接近或背离时，用于检测由上述过程所引起回路之间的位移或运动差异而产生的科里奥利力。

2.如权利要求1所述的科里奥利质量流传感器，其中，连接装置包括一金属块(14)，并具有固定于金属块一端的带法兰的第一端板(10)，和固定于金属块另一端的带法兰的第二端板(12)。

3.如权利要求2所述的科里奥利质量流传感器，其中，

第一通道是这样形成的；包括第一孔(24)和第二孔(28)，第一孔(24)沿轴线方向延伸至金属块一端，第二孔(28)从金属块的一侧沿垂直于上述轴线的方向延伸至该金属块并与上述第一孔(24)相交；以及

第二通道是这样形成的：它包括第三孔(26)和第四孔(30)，第三孔(26)沿轴线延伸到金属块的另一端，第四孔从金属块的另一侧沿垂直于上述轴线的方向延伸至该金属块并与上述第三孔相交。

4.如权利要求1所述的科里奥利质量流传感器，其中，

导管包括一螺旋部分和一对端部，该螺旋部分具有小于720°转角的弧长，上述一对端部的一个端部从输出口延伸到螺旋部分的一端；而上述一对端部的另一端部从输入口延伸到螺旋部分的另一端。

5.如权利要求1所述的科里奥利质量流传感器，其中，上述的输出口和输入口分别置于连接装置的两对侧面。

6.如权利要求1所述的科里奥利质量流传感器，其中，第一和第2节点板(50，52)至少相距二倍于两工作回路之间的间隔。

7.如权利要求1～6任一项所述的科里奥利质量流传感器，还包括封闭金属块、导管、驱动装置和检测装置的筒形壳体(56)，该壳体为两分式。

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