CN202382784U - 一种质量流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种质量流量计，包括振动管、振动管驱动装置、流量信号检测装置、流量计本体支撑结构和转换器，所述振动管由两根平行弯管组成，所述振动管的两端分别与所述流量计本体支撑结构连接，所述振动管驱动装置和流量信号检测装置都设置在所述振动管上，所述转换器设置在所述流量计本体支撑结构上。本实用新型提供的质量流量计的可测量流体范围广，包括：高黏度的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、高低温介质、有足够密度的中高压气体等；通过驱动装置驱动振动管振动，减少了质量流量计的惰性；测量管振动幅度小，可视作非活动件，测量管内无阻碍件和活动件，可靠性较高。

Description

一种质量流量计

技术领域

本实用新型涉及一种质量流量计，属于高精度质量流量测控技术领域。

背景技术

当一个位于以旋转体内的质点做朝向旋转中心或离向旋转中心的运动时，将产生一惯性力——科里奥利力，该力与流体的质量流量成正比，质量流量计正是基于这一原理制成的。

现有的质量流量计主要包括直接式质量流量计，普遍存在零点不稳定，形成零点漂移，影响其准确度的进一步提高；对外界振动干扰较为敏感，易受到各种干扰，影响测量精度等。

发明内容

本实用新型提供了一种质量流量计，用于解决现有的质量流量计存在的零点飘移问题，增强抗振动干扰能力。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种质量流量计，包括振动管、振动管驱动装置、流量信号检测装置、流量计本体支撑结构和转换器，所述振动管由两根平行弯管组成，所述振动管的两端分别与所述流量计本体支撑结构连接，所述振动管驱动装置和流量信号检测装置都设置在所述振动管上，所述转换器设置在所述流量计本体支撑结构上。

由上述提供的技术方案可以看出，本实用新型提供的质量流量计的可测量流体范围广，包括：高黏度的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、高低温介质、有足够密度的中高压气体等；通过驱动装置驱动振动管振动，减少了质量流量计的惰性；测量管振动幅度小，可视作非活动件，测量管内无阻碍件和活动件，可靠性较高；对迎流流速分布不敏感，对上下游直管段要求不高，因此安装要求低，运行可靠、维修率低。

附图说明

图1为本实用新型的具体实施方式提供的质量流量计的结构示意图；

图2为本实用新型的具体实施方式提供的质量流量计的基本原理示意图；

图3为本实用新型的具体实施方式提供的振动管动作的原理示意图；

图4为本实用新型的具体实施方式提供的振动管振动扭曲的示意图。

具体实施方式

本具体实施方式提供了一种质量流量计，如图1所示，包括振动管1、振动管驱动装置2、流量信号检测装置3、流量计本体支撑结构4和转换器6，振动管1由两根平行弯管组成，振动管1的两端分别与流量计本体支撑结构4连接，振动管驱动装置2和流量信号检测装置3都设置在振动管1上，转换器6设置在流量计本体支撑结构4上。

具体的，振动管1由两根平行弯管组成，当管中有流体通过时，两管的振动有相位差，此相位差大小代表流量大小；当管中无流体通过时，两管振动相位差为零；振动管驱动装置2将转换器来的振荡信号通过线圈产生电磁力，用以驱动振动管1，使振动管1以接近谐振频率振动；流量信号检测装置3用于检测振动管1的扭曲变化，进而通过转换器中的运算电路计算出两根平行弯管的相位差；流量计本体支撑结构4用于固定振动管1；支架8将两振动管固定在一起，作为振动系统的震动轴心；本体两头配的安装法兰7与被测管道相连接；转换器6主要有MPU板、信号调理板、安全栅板、电源板、LCD显示器和键盘以及外壳等组成，转换器6提供振动管的振动驱动信号，并检测处理随着流量变化的传感器信号，进行流量显示，输出标准工控信号，转换器6测量显示的参数有：质量流量、质量总量、体积流量、体积总量、密度、温度等。

进一步地，本具体实施方式提供的质量流量计还可以包括保护壳体5，用于将振动管1、振动管驱动装置2和流量信号检测装置3及支架8封装保护起来。

本具体实施方式提供的质量流量计的工作原理是：当一个位于以旋转体内的质点做朝向旋转中心或离向旋转中心的运动时，将产生一惯性力，原理如图2所示。图2中质量为δm的质点以匀速υ在管道内向右向运动，而管道围绕固定点P以角速度ω旋转，此时这个质点将获得两个加速度分量；

①法向加速度αr(向心加速度)，其量值等于ω²r，方向朝向P点

②切向加速度αt(科里奥利加速度)，其量值等于2ωυ，方向与αr垂直

由切向加速度产生的作用力称为科里奥利力，其大小等于Fc＝2ωυδm。在上图中流体δm＝ρAΔx，因此科氏力可以表示为：

ΔFc＝2ω·v·δ·m＝2ω·v·ρ·A·Δx＝2ω·δqm·Δx     (1)

式(1)中的A为管道内截面积；δq_m＝δdm/dt＝υρA；

对于特定的旋转管道，其频率特性是一定的，ΔFc仅取决于δq_m。因此直接或间接测量科氏力就可以测得质量流量。

实际的流量传感器并非实现旋转运动，而代之以管道振动产生所需要的力。管道的两端被固定，在两个固定点的中间位置给管道加以振动力(按管道的谐振频率)，使其以固定点为轴以其自然频率ω振动。当有流体流动时管道的两个半段按相反的方向振动旋转，产生相位差，这一相位差同质量流量成正比。以U型测量管为例，如图3所示。

在外力的驱动下，U型测量管绕O-O轴按其自然频率(谐振频率)ω振动。当流体以均匀流速流过U型管时，根据质点动力学原理，在U型管向上运动时，入口一侧产生向上的科氏加速度，产生的科氏力F1向下作用在管壁上；出口一侧则产生大小相等方向相反的科氏力F2。

Fc＝F1＝F2＝2mω×υ                                        (2)

当U型管沿O-O轴转动时，科氏力绕R-R轴产生的力矩M，则

M＝F₁r₁+F₂r₂＝2Fc r＝4mυωr                                (3)

由q_m＝m/t，υ＝L/t得q_m＝mυ/L(m＝q_mt)

M＝4mυωr＝4ωr q L                                        (4)

上式中m是给定点的质量；L是管子的长度；r是转动力臂

力矩M引起U型管扭曲，扭曲角θ为测量管绕轴R-R的夹角，Ks为测量管的弹性刚度，T为扭矩，则T＝Ksθ。

由T＝M得

$q_m=\frac{\mathrm{Ks}\·\mathrm{\θ}}{4\mathrm{\ω}\·r\·L}=K_1\·\mathrm{\θ}---\left(5\right)$

扭转角θ是时间t的函数，U型管每根支管通过中心点，有两侧的两个位置传感器测取。当没有流量时，左右支管向上向下越过中心线的时差为零；而流量增大时，θ角增大，上升和下降开关信号之间的时间差Δt也增大。设管子通过中心线的速度为υt，则

$\sin \mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\υ}\·t}{2\·r}\·\mathrm{\Δ}\·t---\left(6\right)$

当θ角很小时，它近似等于sinθ，即θ＝sinθ。因为υt＝2πL/T，ω＝2π/T，由上式

$\mathrm{\θ}=\sin \mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\υ}\·t}{2\·r}\·\mathrm{\Δ}\·t=\frac{\mathrm{\ω}\·l\·\mathrm{\Δ}\·t}{2\·r}=K_2\·\mathrm{\Δ}\·t---\left(7\right)$

由5、7式得

$q_m=\frac{\mathrm{Ks}\·\mathrm{\θ}}{4\mathrm{\ω}\·r\·L}=\frac{\mathrm{Ks}\·\mathrm{\ω}\·L\·\mathrm{\Δ}\·t}{4\mathrm{\ω}\·r\·L\·2\·r}=\frac{\mathrm{Ks}}{{8r}^2}\mathrm{\Δ}\·t=K_3\·\mathrm{\Δ}\·t---\left(8\right)$

上式中K₃＝Ks/8r²，为常数。由此可见质量流量仅与时间间隔Δt和几何常数有关，与U型管的驱动转速ω无关，即与测量管的震动频率无关。U型测量管受力变形和震动扭曲如图4所示。

总之，单位时间流经测量管的流体质量越多，则测量管的扭角越大，左右测量管通过中心点的时差Δt亦越大，质量流量与时差Δt成正比。传感器的设计，就是把科氏力的测量转变为对振动管两侧时差的测量。

采用本具体实施方式提供的技术方案，可测量流体范围广，包括：高黏度的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、高低温介质、有足够密度的中高压气体等；通过驱动装置驱动振动管振动，减少了质量流量计的惰性；测量管振动幅度小，可视作非活动件，测量管内无阻碍件和活动件，可靠性较高；对迎流流速分布不敏感，对上下游直管段要求不高，因此安装要求低，运行可靠、维修率低。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种质量流量计，包括振动管、振动管驱动装置、流量信号检测装置、流量计本体支撑结构和转换器，其特征在于，所述振动管由两根平行弯管组成，所述振动管的两端分别与所述流量计本体支撑结构连接，所述振动管驱动装置和流量信号检测装置都设置在所述振动管上，所述转换器设置在所述流量计本体支撑结构上。

2.根据权利要求1所述的质量流量计，其特征在于，所述质量流量计还包括保护壳体，所述保护壳体设置在所述振动管的外围，所述振动管驱动装置和流量信号检测装置都设置在所述保护壳体中。

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