CN117848437A - 流量传感器及科氏流量计 - Google Patents

流量传感器及科氏流量计 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种流量传感器及科氏流量计，涉及流量测量技术领域，流量传感器包括流量管族、驱动器和振动信号检测器，流量管族上设置有驱动器和振动信号检测器；流量管族包括至少一个直管流量管族和至少一个弯管流量管族，且直管流量管族和弯管流量管族的测量区相对独立设置，直管流量管族中的流量管为直管流量管，弯管流量管族中的流量管为弯管流量管；每个流量管族均包括至少两个流量管组，全部流量管组之间均至少具有一组尺寸和几何形状相同的流量管，且尺寸和几何形状相同的流量管两端之间均通过节点板连接。而科氏流量计包括流量变送器以及上述的流量传感器。本发明能够减小整体尺寸，方便安装，而且能够兼顾弯管流量管和直管流量管的特点。

Description

流量传感器及科氏流量计
技术领域
本发明涉及流量测量技术领域，特别是涉及一种流量传感器及科氏流量计。
背景技术
目前，在装、卸船贸易等大流量工况下对流量要求越来越大，所以需要设计出具有更大流量量程的传感器，但是现有的大流量量程传感器整体尺寸普遍较大，存在安装困难的问题，因此，亟需解决传感器整体尺寸过大，尤其是传感器安装长度或高度较大的问题。
现有多管科氏流量计在一定程度上解决了传感器整体尺寸较大的问题，但是，如图1和图2所示，现有的多管科氏流量计或者全部采用弯管流量管，或者全部采用直管流量管，虽然能够在一定程度上减小流量管的长度，采用了比较理想的长径比，但是仍然没有实现最大限度地利用空间，并且没有兼顾弯管和直管两种管型的特点。
发明内容
本发明的目的是提供一种流量传感器及科氏流量计，以解决上述现有技术存在的问题，能够减小整体尺寸，方便安装，而且能够兼顾弯管流量管和直管流量管的特点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种流量传感器，包括流量管族、驱动器和振动信号检测器，所述流量管族上设置有所述驱动器和所述振动信号检测器；所述流量管族包括至少一个直管流量管族和至少一个弯管流量管族，且所述直管流量管族和所述弯管流量管族的测量区相对独立设置，其中，所述直管流量管族中的流量管为直管流量管，所述弯管流量管族中的流量管为弯管流量管；任意一所述直管流量管族和所述弯管流量管族均包括至少两个流量管组，全部所述流量管组之间至少具有一组尺寸和几何形状相同的流量管，且尺寸和几何形状相同的同组所述流量管的两端之间均通过节点板连接。
优选的，所述直管流量管族和所述弯管流量管族的测量区驱动频率至少相差5Hz。
优选的，任意一所述弯管流量管族的测量区长度和对应的所述弯管流量管自身的直径之比大于10；任意一所述直管流量管族的测量区长度和对应的所述直管流量管自身的直径之比大于10。
优选的，所述直管流量管的直径小于所述弯管流量管的直径，且所述直管流量管和所述弯管流量管的壁厚不同。
优选的，所述节点板沿所述流量管族的延伸方向设置有多个，其中，所述流量管族上位于最内侧的两个所述节点板之间的部分构成所述流量管族的测量区。
优选的，每个所述流量管组均包括多个所述流量管，且每个所述流量管组的全部所述流量管之间通过固定板进行刚性连接。
优选的，全部所述流量管的入口处和出口处均通过连接板进行连接固定。
优选的，全部所述流量管的入口处均连接于一分流器上，全部所述流量管的出口处均连接于另一分流器上。
优选的，所述流量传感器还包括传感器外壳，所述流量管族设置于所述传感器外壳内。
本发明还提供了一种科氏流量计，包括流量变送器以及上述的流量传感器，所述流量变送器与所述流量传感器中的所述驱动器以及所述振动信号检测器信号连接。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明流量管族包括至少一个直管流量管族和至少一个弯管流量管族，且直管流量管族和弯管流量管族的测量区相对独立设置，同时设置有直管流量管和弯管流量管，能够兼顾两种管型流量管的特点，对测量误差进行修正，保证测量精度；而且，能够降低流量传感器的整体尺寸，方便进行安装。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中四直管科氏流量计示例图；
图1中，61为法兰一，62为法兰二，201为分流器，71为传感器外壳，19为检测组件，5为驱动组件，11为直管流量管，72为变送器外壳，1为传感器，12为变送器；
图2为现有技术中四弯管科氏流量计示例图；
图2中，61为法兰一，62为法兰二，71为传感器外壳，19为检测组件，5为驱动组件，181为流量管一，182为流量管二，183为流量管三，184为流量管四，72为变送器外壳；
图3为本发明实施例二中流量传感器未设置传感器外壳的结构示意图；
图4为图3中去除分流器和连接法兰后的示意图；
图5为本发明实施例二中科氏流量计的整体示意图；
图6为本发明实施例三中流量管族组成示意图；
图7为本发明实施例四中流量管族组成示意图；
图8为图7的主视图；
图9为本发明实施例四中流量传感器的主视图；
图10为本发明实施例四中流量传感器的侧视图；
图11为本发明实施例五中流量管族组成示意图；
图12为本发明实施例六中流量管族组成示意图；
图13为本发明实施例六中流量传感器的主视图；
图14为本发明实施例六中流量传感器的侧视图。
图中：100为流量传感器，101为弯管流量管，102为直管流量管，103为节点板，104为分流器，105为连接法兰，106为驱动器，107为振动信号检测器，108为主壳体，109为套筒，110为连接板，111为固定板，200为流量变送器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明的目的是提供一种流量传感器及科氏流量计，以解决上述现有技术存在的问题，能够减小整体尺寸，方便安装，而且能够兼顾弯管流量管和直管流量管的特点。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图3-图14所示，本实施例提供一种流量传感器100，适用于科氏流量计，主要包括流量管族，所述流量管族上设置有驱动器106和振动信号检测器107，其中，驱动器106和振动信号检测器107均为现有科氏流量计中常用部件，可以根据具体工作需要进行选择，本实施例中便不再进行赘述。
在本实施例中，所述流量管族包括至少一个直管流量管族和至少一个弯管流量管族，且所述直管流量管族和所述弯管流量管族的测量区相对独立设置，没有任何连接，因此直管流量管族和弯管流量管族均有其单独的驱动频率；其中，所述直管流量管族中的流量管为直管流量管102，所述弯管流量管族中的流量管为弯管流量管101。
在本实施例中，任意一所述直管流量管族和任意一所述弯管流量管族均包括至少两个流量管组，每个流量管组均至少有一个流量管，形成了一个至少具有四个流量管的流量传感器100；同一所述直管流量管族或同一所述弯管流量管族的全部所述流量管组之间均至少具有一组尺寸和几何形状相同的流量管，该组尺寸和几何形状相同的流量管的个数与流量管组的个数相匹配，即每个流量管组内均有一个上述流量管，从而组成一组尺寸和几何形状相同的流量管；
且尺寸和几何形状相同的该组所述流量管的两端之间均通过节点板103连接，即上述尺寸和几何形状相同的流量管的一端之间通过节点板103连接，另一端之间通过另外的节点板103连接。
进一步地，本实施例中以任意一所述直管流量管族和任意一所述弯管流量管族均包括两个流量管组为例进行具体说明；同族的两个所述流量管组之间至少具有一对尺寸和几何形状相同的流量管（每对的两个尺寸和几何形状相同的流量管分别属于两个所述流量管组），可以相对振动来实现利用科里奥利原理进行流体介质质量流量和密度的测量，且该对所述流量管的两端均通过节点板103连接，通过节点板103定义流量管的测量区，即流量管上位于两端的节点板103之间的部分为测量区。
本实施例中同时设置有直管流量管102和弯管流量管101，能够兼顾两种管型流量管的特点，对测量误差进行修正，保证测量精度；而且，能够降低流量传感器的整体尺寸，方便其进行安装。
具体地，本实施例中流量传感器100同时设置有直管流量管102和弯管流量管101，流量管的直径可以设置为相对较小，在同样的测量敏感度下，流量管的长度不需要太大，长径比也比较容易控制，从而能够减小流量传感器100的体积，方便安装；其中，流量管的直径可以根据具体工作需要进行选择，例如流量传感器100只设置有两个流量管（一个直管流量管102和一个弯管流量管101）的话，流量管的直径最大约150mm，相对于只设置两个直管流量管或只设置两个弯管流量管的流量传感器而言，流量管的直径较小；如果流量传感器100设置有两个直管流量管102和两个弯管流量管101，流量管的直径就可以减小至约100mm，相对于单独设置四个直管流量管或单独设置四个弯管流量管的流量传感器而言，流量管的直径较小。而且，本实施例中由于结合了直管流量管102和弯管流量管101，兼顾了直管流量管102和弯管流量管101的特点，可以实现：
1.弯管流量管族的测量结果可以对直管流量管族的测量结果进行修正；
本实施例中弯管流量管族采用弯曲角度相对较深（弯曲角度一般在50°~90°之间，最好不小于60°）的弯管流量管101，对于应力的影响可以忽略，但是直管流量管族的测量结果会受到应力的影响，测量结果包括质量流量和密度的测量；由于弯管流量管族和直管流量管族测量了同样的流体介质，直管流量管族测量的未进行应力修正的密度值和弯管流量管族测量的密度值之差可以对直管流量管族的测量结果进行修正，从而避免了设置额外的检测器（如应变片）来感应直管流量管族的应力。
2.弯管流量管族和直管流量管族的压力影响可以相互抵消；
在压力的影响下，如果没有进行压力修正，弯管流量管族的质量流量测量会有负误差，而直管流量管族的质量流量测量会有正误差，通过选择直管流量管102和弯管流量管101的尺寸和形状，使质量流量测量的正负误差可以最大程度地得到相互抵消，提高测量结果。
在本实施例中，所述直管流量管族和所述弯管流量管族的测量区驱动频率不同，且优选至少相差5Hz，以减小所述直管流量管族和所述弯管流量管族的测量区之间的相互影响。
在本实施例中，任意一所述直管流量管族和任意一所述弯管流量管族中，所述流量管的测量区长度和所述流量管的直径之比优选大于10，进一步优选不小于15；其中，弯管流量管101的测量区长度为其测量区的总弧长，直管流量管102的测量区长度为其测量区的直线长度。
在本实施例中，弯管流量管101和直管流量管102的直径和壁厚可以不同，以实现优化的测量敏感度和长径比，而且直管流量管102的空间需求在其长度上，而不会过多地增大高度和深度，可以非常有利的使用流量传感器的整体空间；具体地，所述直管流量管102的直径优选小于所述弯管流量管101的直径，且所述直管流量管102和所述弯管流量管101的壁厚不同，由于直管流量管102的直径较小，为了达到和弯管流量管101类似的长径比，直管流量管102的长度也相对较小，节约空间。
其中，需要进行说明的是，流量传感器100的测量灵敏度和流量管的刚度相关，刚度越小就越敏感；在相同直径下，流量管的壁厚越薄，刚度越小，流量传感器100的灵敏度越高，同样的道理，流量管的长径比越大，刚度越小，流量传感器100的灵敏度也越大。
而关于流量管壁厚的选择，一个重要的选择依据是承压，对于常规流量计而言（承压不超过10MPa），流量管壁厚与直径的比值需要大于5%。
在本实施例中，所述节点板103沿所述流量管的延伸方向设置有多个，其中，所述流量管位于最内侧的两个所述节点板103之间的部分为所述流量管的测量区；需要说明的是，沿流量管的延伸方向，靠近流量管中间位置的一侧为内侧。
在本实施例中，每个所述流量管组可以包括多个所述流量管，且每个所述流量管组的全部所述流量管之间通过固定板111进行较为刚性的连接，或者也可以通过驱动器106的固定板或者振动信号检测器107的固定板将同组的流量管进行连接。
在本实施例中，全部所述流量管的出口处之间和入口处之间还均通过连接板110进行连接固定，对于较大直径的流量管而言，能够更好地实现隔振。
在本实施例中，全部所述流量管的入口处连接于一分流器105，以使流体分流进入各流量管，全部所述流量管的出口处连接于另一分流器105，以使全部所述流量管内的流体进行汇聚并流出；其中，全部所述流量管内的流道在分流器105处实现汇聚。
在本实施例中，所述流量传感器100还包括传感器外壳，所述流量管族设置于所述传感器外壳内；其中，传感器外壳主要包括主壳体108和套筒109，主壳体108能够对弯管流量管族进行保护，套筒109能够对直管流量管族进行包括，主壳体108和套筒109能够扣合在一起，形成一个封闭的传感器外壳。
本实施例中还提供了一种科氏流量计，主要包括流量变送器200以及上述的流量传感器100，所述流量变送器200和所述流量传感器100信号连接；具体地，流量变送器200能够给每个流量管族提供驱动信号，并处理每个流量管族的振动检测信号，来实现质量流量和密度的测量；其中，所述流量变送器200和所述流量传感器100可以是一体设置，或者是分体设置。
实施例二
如图3-图5所示，本实施例中流量管族设置有两个，包括一个弯管流量管族和一个直管流量管族，弯管流量管族由两个弯管流量管组组成，每个弯管流量管组仅有一个弯管流量管101，直管流量管族由两个直管流量管组组成，每个直管流量管组仅有一个直管流量管102。全部流量管在入口处由一个分流器105连接在一起，单一的入口流道通过该分流器105分成四个流量管流道；同样地，全部流量管在出口处由另一分流器105连接在一起，四个流量管流道重新汇聚成单一的流道。
在本实施例中，直管流量管族的测量区由直管流量管102上内侧的第一对节点板103来确定，测量区的振动由直管流量管102的测量区中间位置设置的驱动器106来产生，振动信号则由测量区两端的振动信号检测器107来感应；相应的，弯管流量管族的测量区由弯管流量管101上内侧的第一对节点板103来确定，测量区的振动由弯管流量管101的测量区中间位置设置的驱动器106来产生，振动信号则由测量区两端的振动信号检测器107来感应。弯管流量管族和直管流量管族的测量区是相对独立的，工作频率不相同，为了减小相互的影响，两族测量区的频率之间应该有一定的差距，最小可以是5Hz。
如图5所示，流量传感器100和流量变送器200一起组成了本实施例中的科氏流量计，且流量传感器100和流量变送器200优选为一体形式；其中，流量变送器200处理来自于流量传感器100的信号，包括两个流量管族的四个振动信号检测器107的检测信号，同时也为两个驱动器106提供驱动信号。
实施例三
如图6所示，在本实施例中，流量管族设置有两个，包括一个弯管流量管族和一个直管流量管族，弯管流量管族由两个弯管流量管组组成，每个弯管流量管组仅有一个弯管流量管101，直管流量管族由四个直管流量管组组成，每个直管流量管组同样仅有一个直管流量管102。
实施例四
如图7-图10所示，在本实施例中，流量管族设置有两个，包括一个弯管流量管族和一个直管流量管族，弯管流量管族由两个弯管流量管组组成，每个弯管流量管组仅有一个弯管流量管101，直管流量管族由四个直管流量管组组成，每个直管流量管组同样仅有一个直管流量管102。
在本实施例中，弯管流量管101和直管流量管102的直径和壁厚不同；具体地，直管流量管102的直径小于弯管流量管101的直径，在整体长度不变的情况下，有利于提高直管流量管102的长径比，从而提高直管流量管族的测量性能。
在本实施例中，全部所述流量管的出口处的均通过一连接板110进行连接固定，入口处通过另一连接板110进行连接固定，能够达到更好的隔振效果。
实施例五
如图11所示，在本实施例中，流量管族设置有两个，包括一个弯管流量管族和一个直管流量管族，弯管流量管族由四个弯管流量管组组成，每个弯管流量管组仅有一个弯管流量管101，直管流量管族由两个直管流量管组组成，每个直管流量管组同样仅有一个直管流量管102。
实施例六
如图12-图14所示，在本实施例中，流量管族设置有两个，包括一个弯管流量管族和一个直管流量管族，弯管流量管族由两个弯管流量管组组成，每个弯管流量管组设置有两个弯管流量管101，直管流量管族由两个直管流量管组组成，每个直管流量管组同样设置有两个直管流量管102。
同组的两个流量管之间可以通过独立的固定板111来连接，或者通过驱动器106的固定板或振动信号检测器107的固定板实现同组流量管的耦合；作为一种优选的实施方式，本实施例中同组的流量管之间通过固定板111、驱动器106的固定板以及振动信号检测器107的固定板共同连接。
在本实施例中，全部所述流量管的出口处的均通过一连接板110进行连接固定，入口处通过另一连接板110进行连接固定，能够达到更好的隔振效果。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种流量传感器，包括流量管族、驱动器和振动信号检测器，所述流量管族上设置有所述驱动器和所述振动信号检测器；其特征在于：所述流量管族包括至少一个直管流量管族和至少一个弯管流量管族，且所述直管流量管族和所述弯管流量管族的测量区相对独立设置，其中，所述直管流量管族中的流量管为直管流量管，所述弯管流量管族中的流量管为弯管流量管；任意一所述直管流量管族和所述弯管流量管族均包括至少两个流量管组，全部所述流量管组之间至少具有一组尺寸和几何形状相同的流量管，且该组尺寸和几何形状相同的所述流量管的两端之间均通过节点板连接。
2.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于：所述直管流量管族和所述弯管流量管族的测量区驱动频率至少相差5Hz。
3.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于：任意一所述弯管流量管族的测量区长度和对应的所述弯管流量管自身的直径之比大于10；任意一所述直管流量管族的测量区长度和对应的所述直管流量管自身的直径之比大于10。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的流量传感器，其特征在于：所述直管流量管的直径小于所述弯管流量管的直径，且所述直管流量管和所述弯管流量管的壁厚不同。
5.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于：所述节点板沿所述流量管族的延伸方向设置有多个，其中，所述流量管族上位于最内侧的两个所述节点板之间的部分构成所述流量管族的测量区。
6.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于：每个所述流量管组均包括多个所述流量管，且每个所述流量管组的全部所述流量管之间通过固定板进行刚性连接。
7.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于：全部所述流量管的入口处和出口处均通过连接板进行连接固定。
8.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于：全部所述流量管的入口处均连接于一分流器上，全部所述流量管的出口处均连接于另一分流器上。
9.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于：所述流量传感器还包括传感器外壳，所述流量管族设置于所述传感器外壳内。
10.一种科氏流量计，其特征在于：包括流量变送器以及如权利要求1-9任意一项所述的流量传感器，所述流量变送器与所述流量传感器中的所述驱动器以及所述振动信号检测器信号连接。
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