CN1957235A - 三元模式振动式科里奥利流量计 - Google Patents

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Abstract

在科里奥利流量计(1)中，在使用1个驱动装置(4)使流量测定管(3)进行三元模式振动时，驱动装置(4)配置成位于三元模式振动的中央的波腹(H2)，并且，振动检测传感器(5、5)配置在三元模式振动的除中央波腹(H2)之外的2个波腹(H1、H3)中，进而，使得驱动装置(4)的位移极性与振动检测传感器(5、5)的位移极性相反，从而使得流量测定管(3)的振动相位为相位相反的关系，并且，在激励流量测定管(3)进行三元模式振动的激励电路部(9)与振动检测传感器(5、5)的正反馈环上，在激励流量测定管(3)进行三元模式振动的激励电路部(9)中，对流量测定管(3)的振动相位相反的关系的各位移极性关系进行变换，以变成流量测定管(3)的振动相位相同的关系。

Description

三元模式振动式科里奥利流量计
技术领域
本发明涉及构成为具有至少一根流量测定管的三元模式(tertiary mode)振动式科里奥利流量计。
背景技术
科里奥利流量计是一种质量流量计，利用了下述原理：支承被测流体所流通的流管的一端或两端，在围绕该支承点沿与流管的流动方向垂直的方向施加振动时，作用在流管(以下将被施加振动的流管称作流量测定管)上的科里奥利力与质量流量成比例。科里奥利流量计是公知的，科里奥利流量计的流量测定管的形状大致分为直管式和弯管式。
直管式的科里奥利流量计构成为，在对两端受支承的直管的中央部直管轴施加了垂直方向的振动时，在直管的支承部与中央部之间得到由科里奥利力引起的直管的位移差、即相位差信号，根据该相位差信号来检测质量流量。这样的直管式的科里奥利流量计具有简单、紧凑、牢固的构造。但是，同时也具有不能得到高检测灵敏度的问题。
相对于此，弯管式的科里奥利流量计在能够选择用来有效地提取科里奥利力的形状这一点上，比直管式的科里奥利流量计好，实际上能够检测高灵敏度的质量流量。另外，作为弯管式的科里奥利流量计，已知有具备一根流量测定管(例如参照特公平4-55250号公报)、具备并排的2根流量测定管(例如参照特许第2939242号公报)、或者以成环状态具备一根流量测定管的形态(例如参照特许第2951651号公报)等。
具备一根流量测定管的科里奥利流量计形状结构最简单，所以具有能够便宜地提供质量流量计的优点。相反，同时也具有如下的问题，即，在具备一根流量测定管的科里奥利流量计中，在使流量测定管以一次振动或二次振动的方式振动时，振动向质量流量计的外部泄漏。
为了降低振动向该质量流量计外部的泄漏，以往，采用以下方法：通过使用三个驱动装置，使一根流量测定管以三元方式振动，从而减轻流量测定管的振动向外部的泄漏。但是，在使用三个驱动装置的情况下，相对于三个驱动装置的布线很复杂，产生了制造成本上升等几个新的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三元模式振动式科里奥利流量计，其形状简单并能廉价地提供，且可以减轻振动泄漏。
为了实现本发明，技术方案1的三元模式振动式科里奥利流量计，包括：至少一根流量测定管，在具有流出流入口的两端部得到支承；驱动装置，交替驱动该流量测定管；一对振动检测传感器，检测与作用在上述流量测定管上的科里奥利力成比例的相位差；在使用1个上述驱动装置使上述流量测定管进行三元模式振动时，驱动装置配置成位于上述流量测定管上由上述三元模式振动产生的振动波的三个波腹中的中央的波腹，并且，上述振动检测传感器配置在进行上述三元模式振动的上述流量测定管的三个波腹中除中央波腹之外的2个波腹中，进而，上述驱动装置的位移极性与上述振动检测传感器的位移极性设计成处于相位相反的关系，并且，在激励上述流量测定管进行三元模式振动的激励电路部与上述振动检测传感器的正反馈环上，在激励上述流量测定管进行三元模式振动的激励电路部中，对上述相反相位关系的上述各位移极性进行变换，以变成相位相同的关系。根据这样的方案，技术方案1的三元模式振动式科里奥利流量计，可以仅在振幅最大且驱动效率最大的中央波腹对流量测定管进行驱动。
为了实现本发明的目的，技术方案2所述的三元模式振动式科里奥利流量计，在技术方案1所述的三元模式振动式科里奥利流量计中，在激励上述流量测定管进行三元模式振动的激励电路部与上述振动检测传感器的上述正反馈环上，将输入线、信号线等电线反向连线或者经由变换器进行变换，以便将上述各位移极性变换为相位相同的关系。根据这样的方案，技术方案2所述的三元模式振动式科里奥利流量计，通过在正反馈环中将电线反向连线或者经由变换器进行变换，从而将相位相反的各位移极性变为相位同相的关系。
为了实现本发明，技术方案3所述的三元模式振动式科里奥利流量计，在技术方案1或2所述的三元模式振动式科里奥利流量计中，上述驱动装置包括线圈与磁铁，上述振动检测传感器包括线圈与磁铁，分别将上述线圈配置在不同于上述流量测定管的另外的静止部件上，将上述磁铁配置在上述流量测定管上。根据这样的方案，技术方案3所述的三元模式振动式科里奥利流量计，需要布线的线圈不安装在流量测定管上，可尽量减轻对流量测定管的振动带来的影响。
根据技术方案1所述的发明，使流量测定管以三元模式振动方式振动，可减轻振动泄漏。因此，具有可以提供可靠性高的三元模式振动式科里奥利流量计的效果。此外，因为是具有至少一根流量测定管的三元模式振动式科里奥利流量计，所以具有形状简单且可以比较廉价地提供的效果。
根据技术方案2所述的发明，有可以得到更好地构成激励电路部的效果。
根据技术方案3所述的发明，因为将需要布线的线圈配置在不同于流量测定管的另外的静止部件上，将磁铁配置在流量测定管上，所以可以起到极力减轻对流量测定管的振动带来的影响的效果。
附图说明
图1是表示本发明的三元模式振动式科里奥利流量计的一实施方式的构成图。
图2是三元模式振动式科里奥利流量计的传感器部、信号运算处理部、以及激励电路部的框图。
图3是表示本发明的三元模式振动式科里奥利流量计的另一实施方式的构成图。
图4是流量测定管的其他例子的说明图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施方式。
图1表示本发明的三元模式振动式科里奥利流量计的第一实施方式。
在附图中，图1是本发明的三元模式振动式科里奥利流量计的构成图。图2是三元模式振动式科里奥利流量计的传感器部、信号运算处理部、以及激励电路部的框图。
在图1以及图2中，本发明的三元模式振动式科里奥利流量计1具备：壳体2、收纳在该壳体2内的一根流量测定管3、驱动装置4、具有一对振动检测传感器5、5和温度传感器6的传感器部7、基于来自传感器部7的信号进行质量流量等的运算处理的信号运算处理部8、用于激励驱动装置4振动的激励电路部9。下面说明这些各构成部件。
上述壳体2具有非常耐弯曲和扭曲的牢固结构。此外，壳体2形成为能够收纳流量测定管3、和相对于形成该流量测定管(flow tube)3本身的面平行地配置的静止部件10的大小。进而，壳体2形成为能够保护流量测定管3等流量计关键部分。在这样的壳体2内部，填充有氩气等惰性气体。通过该惰性气体的填充，防止在流量测定管3等上结露。
静止部件10例如形成为图示那样的平板状，其一部分固定在壳体2上。在该静止部件10上，利用合适的部件安装有用来支承并固定流量测定管3的流入口侧和流出口侧的支承部11。
上述流量测定管3由形状相对于第一轴S1对称的U字状弯管构成，在支承并固定于支承部11的一个端部12上形成有流入口，而在另一个端部13上形成有流出口。在上述流入口上安装有流入口侧连接部14，在上述流出口上安装有流出口侧连接部15。从流入口经由该流入口侧连接部14流入到流量测定管3中的测定流体依次流经流入口侧的脚部、中间的弯曲部、流出口侧的脚部，经由流出口流出到流出口侧连接部15。流量测定管3的材质采用不锈钢、哈氏合金(Hastelloy)、钛合金等在本技术领域中通常使用的材质。
构成上述传感器部7的上述驱动装置4是用来使流量测定管3以三元模式振动方式振动的装置，具备线圈16和磁铁17。这样的驱动装置4配置在第一轴S1上，具体而言，配置在流量测定管3的上述弯曲部中央。换言之，上述驱动装置4配置成：位于由上述三元模式振动产生于上述流量测定管上的振动波的三个波腹H1～H3中的中央的波腹H2范围内。
驱动装置4的线圈16安装在静止部件10上。此外，虽然未图示，但从该线圈16引出FPC(柔性印制电路板)或电线。并且，驱动装置4的磁铁17利用专用的安装工具安装在流量测定管3上。
如果在驱动装置4中产生了吸引作用，则成为磁铁17插入在线圈16中那样的状态。结果，流量测定管3接近静止部件10。相对于此，如果在驱动装置4中产生了排斥作用，则流量测定管3远离静止部件10。
这样，由于流量测定管3在其两端部处支承固定于支承部11，所以驱动装置4构成为，一边以三元模式振动方式使流量测定管3振动，一边以第二轴S2或第三轴S3为中心向旋转方向交替驱动该流量测定管3。
构成上述传感器部7的上述振动检测传感器5、5检测流量测定管3的振动，并且检测与作用于流量测定管3的科里奥利力成比例的相位差，分别备有线圈18和磁铁19而构成(不限于此，只要是加速度传感器、光学机构、静电电容式、应变式(压电式)等检测位移、速度、加速度中的任一种的机构即可)。
在具有这样的结构的振动检测传感器5、5中，一个振动检测传感器5配置在流入口侧的上述波腹H1的范围内的、可检测出与科里奥利力成比例的相位差的位置。另一个振动检测传感器5配置在流出口侧的上述波腹H3的范围内的、可检测出与科里奥利力成比例的相位差的位置。振动检测传感器5、5配置在与使流量测定管3以三元模式振动方式振动时所产生的波节错开的位置上。
该振动检测传感器5、5的各线圈18安装在静止部件10上。此外，虽然未图示，但从该线圈18引出FPC(柔性印制电路板)或电线。并且，振动检测传感器5、5的磁铁19利用专用的安装工具安装在流量测定管3上。
在本发明的三元模式振动式科里奥利流量计的第一实施方式中，驱动装置4以及振动检测传感器5、5的各线圈16、18有适当重量，而且也需要有未图示的FPC(柔性印制电路板)或电线的布线(布线系统的图示省略)，所以如前所述，安装在静止部件10的既定位置上。这样，通过将线圈16、18安装在静止部件10的既定位置上，可尽量减少对流量测定管3的振动带来的影响。
另外，在本发明的三元模式振动式科里奥利流量计的第一实施方式中，可将线圈16、18与磁铁17、19的安装颠倒(将线圈16、18安装在流量测定管3上，将磁铁17、19安装在静止部件10上)。
在本发明的三元模式振动式科里奥利流量计1的内部，虽然未特别图示，但设有基板等。在该基板上连接有引出到三元模式振动式科里奥利流量计1的外部的线束。
构成上述传感器部7的一部分的温度传感器6是用于进行科里奥利流量计1的温度补偿的部件，通过适当的方法安装在流量测定管3上。具体而言，该温度传感器例如在流入口侧安装于支承并固定在支承部11的部分附近、即端部12附近。从该温度传感器6引出的未图示的FPC(柔性印制电路板)或电线与未图示的上述基板连接。
在上述信号运算处理部8中，布线并连接成，能够输入来自一个振动检测传感器5的与流量测定管3变形有关的检测信号DA、来自另一个振动检测传感器5的与流量测定管3变形有关的检测信号DB、以及来自温度传感器6的与流量测定管3温度有关的检测信号DT。在这样的信号运算处理部8中，基于从传感器部7输入的检测信号DA、DB、DT来进行质量流量Qm以及密度ρ的运算。此外，在信号运算处理部8中，将运算得到的质量流量Qm以及密度ρ输出到未图示的显示器上。
上述激励电路部9包括平滑部20、比较部21、目标设定部22、可变放大部23、驱动输出部24。此外，激励电路部9，在以三元模式振动方式使流量测定管3振动时，构成正反馈环。平滑部20以提取来自一个振动检测传感器5(或另一个振动检测传感器5)的检测信号DA的方式布线。此外，平滑部20具有以下功能：对输入的检测信号DA整流而使其平滑化，并且输出与其振幅成比例的直流电压VA。比较部21具有以下功能：对来自平滑部20的直流电压VA与从目标设定部22输出的目标设定电压Vm进行比较，并且控制可变放大部23的增益，将共振振动的振幅控制在目标设定电压。
此外，上述平滑部20～驱动输出部24的构成虽然与以往的以正反馈环控制振动的情况相同，但是在本发明的三元模式振动式科里奥利流量计1中，为了得到三元模式振动，将正反馈环的信号波形的相位变换为相反相位。即、在图2中的A部中，将从驱动输出部24送出的输出线反向连线而将输出波形的相位变换为相反相位。或者，在图2的B部中，将输入到激励电路部9的检测信号DA的信号线反向连线而将输出波形的相位变换为相反相位。或者，在图2的C部中，将从可变放大部23送出的布线反向连接而将放大波形的相位变换为相反相位。或者，在图2的A部中，使用变换器将从驱动输出部24送出的输出的相位变换为相反相位。或者，在图2的B部中，使用变换器将输入到激励电路部9的检测信号DA的相位变换为相反相位。或者，在图2的C部中，使用变换器将从可变放大部23送出的输出的相位变换为相反相位(若更详细说明，则是将驱动装置4配置于中央的波腹H2，振动检测传感器5、5配置于波腹H1、H3，进而，驱动装置4的位移极性与振动检测传感器5、5的位移极性设计成处于相位相反的关系，并且激励电路部9在其正反馈环中进行变换，使得上述相反相位关系的各位移极性变为相位相同的关系)。
在上述构成中，若测定流体流过流量测定管3，并且驱动驱动装置4而使流量测定管3以三元模式振动方式振动，则根据由振动检测传感器5、5点处的科里奥利力所产生的流量测定管振动的相位差，由信号运算处理部8算出质量流量Qm。此外，在本发明的三元模式振动式科里奥利流量计的第一实施方式中，还算出密度ρ。
以上，如一边参照图1和图2一边说明的那样，根据本发明的三元模式振动式科里奥利流量计，因为使流量测定管3以三元模式振动方式振动，所以具有可减轻振动泄漏的优点。因此，根据本发明的三元模式振动式科里奥利流量计1，具有可以提供可靠性高的三元模式振动式科里奥利流量计的优点。
此外，根据本发明的三元模式振动式科里奥利流量计，因为使流量测定管以三元模式振动方式振动，所以具有抗干扰振动性强的优点。
进而，根据本发明的三元模式振动式科里奥利流量计，因为在振幅最大的中央波腹H2处对流量测定管3进行驱动，所以具有可高效驱动的优点。
进而，根据本发明的三元模式振动式科里奥利流量计，如前所述，将驱动装置4配置于中央的波腹H2，振动检测传感器5、5配置于波腹H1、H3。进而，驱动装置4的位移极性与振动检测传感器5、5的位移极性设计成，使得流量测定管3的振动相位相反，并且，激励电路部9在其正反馈环中对上述流量测定管3的振动相位为相反相位关系的各位移极性进行变换，以变成上述流量测定管3的振动相位相同的关系。由此，根据本发明的三元模式振动式科里奥利流量计1，具有能以一个驱动装置4产生三元模式振动的优点。
进而，根据本发明的三元模式振动式科里奥利流量计1，具有形状简单且可以比较廉价地提供的优点。
进而，根据本发明的三元模式振动式科里奥利流量计1，具有可经由振动检测传感器5、5得到稳定的信号的优点。
接着，参照图3，对本发明的三元模式振动式科里奥利流量计的其他实施方式进行说明。
图3是表示本发明的三元模式振动式科里奥利流量计的其他实施方式的构成图。
在图3中，示出了本发明的三元模式振动式科里奥利流量计的第二实施方式。
在图3中，本发明的三元模式振动式科里奥利流量计1的第二实施方式中的三元模式振动式科里奥利流量计1′、与上述本发明的三元模式振动式科里奥利流量计1的不同点在于：取代上述本发明的三元模式振动式科里奥利流量计的第一实施方式中的三元模式振动式科里奥利流量计1的一对振动检测传感器5、5，而设有一对振动检测传感器5′a、5′a、和一对相位差检测传感器5′b、5′b。
该一对振动检测传感器5′a、5′a是检测流量测定管3的振动的传感器，其中的一个振动检测传感器5′a与波腹H1的振幅最大的位置相对应地配置。此外，另一个振动检测传感器5′a也同样地与波腹H 3的振幅最大的位置相对应地配置。一对相位差检测传感器5′b、5′b是检测与作用于流量测定管3的科里奥利力成比例的相位差的传感器，配置在中央波腹H2范围内的、驱动装置4左右两侧的对称位置上。
此外，因为三元模式振动式科里奥利流量计1′的作用效果与上述相同，所以在此省略其说明。
此外，本发明当然可以在不改变本发明主旨的范围内进行种种变更并加以实施。即、虽然在上述说明中流量测定管3的形状为U字状，但是可以如形成如图4所示的各种弯管(图4(a)～(e))或直管(图4(f))的形状的流量测定管3′(图4中，o表示三元模式振动时的振动波腹、×表示振动的波节部)。此外，虽然在上述说明中流量测定管3的根数为一根，但是也可以使对称的两根流管对置振动，还可以使对称的三根流管耦合振动。

Claims (3)

1.一种三元模式振动式科里奥利流量计，包括：
至少一根流量测定管，在具有流出流入口的两端部得到支承；
驱动装置，交替驱动该流量测定管；
一对振动检测传感器，检测与作用在上述流量测定管上的科里奥利力成比例的相位差；
其特征在于，
在使用1个上述驱动装置使上述流量测定管进行三元模式振动时，驱动装置配置成位于上述流量测定管上由上述三元模式振动产生的振动波的三个波腹中的中央的波腹，并且，上述振动检测传感器配置在进行上述三元模式振动的上述流量测定管的三个波腹中除中央波腹之外的2个波腹，
进而，上述驱动装置的位移极性与上述振动检测传感器的位移极性设计成处于相位相反的关系，并且，在激励上述流量测定管进行三元模式振动的激励电路部与上述振动检测传感器的正反馈环上，在激励上述流量测定管进行三元模式振动的激励电路部中，对上述相反相位关系的上述各位移极性进行变换，以变成相位相同的关系。
2.如权利要求1所述的三元模式振动式科里奥利流量计，其特征在于，在激励上述流量测定管进行三元模式振动的激励电路部与上述振动检测传感器的上述正反馈环上，将输入线、信号线等电线反向连线或者经由变换器进行变换，以便将上述各位移极性变换为相位相同的关系。
3.如权利要求1或2所述的三元模式振动式科里奥利流量计，其特征在于，上述驱动装置包括线圈与磁铁，上述振动检测传感器包括线圈与磁铁，分别将上述线圈配置在不同于上述流量测定管的另外的静止部件上，将上述磁铁配置在上述流量测定管上。
CNB2004800431473A 2004-03-24 2004-09-24 三元模式振动式科里奥利流量计 Active CN100416231C (zh)

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