CN2070436U - 一种薄壁直管科里奥利质量流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型是基于科里奥利原理的一种薄壁直 管质量流量计，其主要特征是流量计的测量管外侧增 设了高强度护管，测量管分别为单直管式和平行双直 管式，测量管和护管之间形成密封腔室并充灌密封液 体，测量管两端设置了压电检测传感元件并直接与基 座固定连接。由于增设了高强度护管，测量管壁可以 做的很薄，大大提高了该流量计的灵敏度，适宜低密 度流体的测量并且能适应比较高的温度和工作压 力。

Description

一种薄壁直管科里奥利质量流量计

本发明属于科里奥利质量流量计。

流量测量是工业生产和商业计量中的一个重要参数，通常比较容易测得一个容积流量，然而很多情况更需要连续地、高精度地测量质量流量，于是只能在此基础上进一步检测出流体介质的温度、压力或者密度，对容积流量进行补偿修正运算，间接确定质量流量，因此，测量精度比较低。

近年来，美国Micro motion公司首先研制出U型管科里奥利流量计，随后西德Endress+Hauser公司又推出直管式科里奥利流量计，它们不需要任何补偿修正即能直接测出质量流量。

科里奥利流量计实现流量测量，是基于检测流体流过振动着的测量管时，产生的科里奥利力造成测量管的微小变形。由于减小测量管壁厚度提高变形量与测量管自身所能承受压力之间相互矛盾，因此现存的各种管型结构限制了科里奥利流量计计量灵敏度的提高，不能适用于密度较低的介质。

本发明的目的旨在提供一种能解决上述问题的，不但适用于高密度介质测量，更适用于低密度介质测量的薄壁直管科里奥利流量计。

本发明是由基体、测量管、振荡驱动装置、检测传感元件和信号处理单元所组成，其特征在于在测量管〔3、3’〕外侧增设护管〔4〕，测量管〔3、3’〕、护管〔4〕与基座〔2、2’〕固定连接，在测量管〔3、3’〕与护管〔4〕之间形成一个密封腔室并充灌密封液体，如硅油。测量管还可以采用单直管〔3〕。

如图1所示，增设的护管〔4〕套在测量管〔3、3’〕外侧，护管〔4〕两端与基座〔2、2’〕固定连接。由于在测量管〔3、3’〕外侧增设了护管〔4〕，把原先由测量管〔3、3’〕独自承担的感受科里奥利力产生的形变和承受流体工作压力的两个功能分解为由测量管〔3、3’〕和护管〔4〕分别承担，这样可以用增加护管〔4〕壁厚的方法提高护管〔4〕的强度，从而保证了科里奥利流量计能够在较高的工作压力下正常工作。由于测量管〔3、3’〕外侧增设了护管〔4〕，为使科里奥利力作用下测量管〔3、3’〕变形较大，提高测量灵敏度，测量管〔3、3’〕壁可以做得很薄，壁厚可达0.1mm，测量管壁厚度与管径之比为1∶50-1∶150。

平行双直管式流量计采用的振荡驱动装置是由普通推挽式驱动电路和分别安装在两根测量管〔3、3’〕夹缝侧中央位置的电磁线圈〔5〕和永久磁钢〔6〕组成。当电磁线圈〔5〕通以交变电流时，由于电磁线圈〔5〕和永久磁钢〔6〕的相互作用，便带动两根测量管〔3、3’〕产生正弦振荡。

单直管式流量计采用的振荡驱动装置是由推挽式驱动电路〔I〕、电磁铁〔8、8’〕、环形衔铁〔7〕组成。测量管〔3〕两端分别与基座〔2、2’〕固定连接，在测量管〔3〕的外侧中央位置套有用矽钢片绕制的环形衔铁〔7〕，并在护管〔4〕外侧中央位置与环形衔铁〔7〕上下对应安装两个电磁铁〔8、8’〕，电磁铁〔8、8’〕的激磁绕组L1连接在推挽式驱动电路〔I〕中BG3集电极与电源正极(+E)之间，L2连接在BG4发射极与电源负极(-E)之间。电磁铁〔8、8’〕的激磁绕组分别接收推挽式驱动电路〔I〕输出的正半周或负半周交流信号，交替的吸合释放环形衔铁〔7〕，带动测量管〔3〕，产生机械振荡。

在测量管〔3、3’〕两端靠近基座〔2、2’〕根部位置分别设置检测传感元件，检测传感元件可以采用弯曲变形压电检测传感元件〔9、9’、10、10’〕，也可以采用安装在测量管〔3、3’〕内侧的两片厚度变形压电检测传感元件，单直管式流量计只采用弯曲变形压电检测传感元件〔9、9’、10、10’〕，用于检测测量管的变形。检测传感元件可以采用高居里温度点的压电材料，如铌酸锂等，这样有利于扩展流量计的高温适应范围。在单直管式科里奥利流量计中(见图2)，振荡驱动装置去除了永久磁铁，也有利于流量计温度特性的进一步提高。

薄壁直管科里奥利质量流量计的信号处理单元由信号放大器〔12、13〕、逻辑运算器〔14〕、振荡器〔15〕、计数器〔16〕和D/A转换器〔17〕组成，逻辑运算器〔14〕进行Vi、 Vi’和CP三个信号相与的逻辑运算，Vi’的非运算也可以在信号放大器〔12〕中实现。具体地说，测量管〔3、3’〕两端的检测传感元件输出的两组信号Vi和Vi’先分别经信号放大器〔12、13〕进行放大整形为上升沿很陡的，与输入信号相位相同的方波Vi和Vi’，然后与振荡器〔15〕产生的时钟脉冲CP，同时送入逻辑运算器〔14〕，由逻辑运算器〔14〕完成Vi和CP以及 Vi’相与的逻辑运算。逻辑运算器〔14〕的输出端Y在单位时间内输出的脉冲数n，就代表了两路信号的时间差，也即代表了被测质量流量的大小，此脉冲送入D/A转换器〔17〕可变成摸拟量输出，送入计数器〔16〕计数，便可求解某一段时间内的累计流量。Vi’的非运算也可以在信号放大器〔12〕中通过改接反向输入端来实现，这样送入逻辑运算器〔14〕前就实现了非运算，逻辑运算器〔14〕则可以进一步简化为一个三输入端与门。

薄壁直管科里奥利质量流量计的基座〔2、2’〕上各自焊接一片法兰〔1、1’〕，基座〔2、2’〕和法兰〔1、1’〕之间形成一个连接输入管道和两根测量管〔3、3’〕的内腔室，使外管道流入的一股流体在此分为两股进入两根测量管〔3、3’〕。

设置在测量管〔3、3’〕两端的检测传感元件通过安装在护管〔4〕上的接线端子板〔11、11’〕与信号处理单元的信号放大器〔12、13〕连接。

本发明的工作原理基于物理的科里奥利力定理。如果在以流量计基座两端为固定支点的，一段有流体流过的管子中央施加一个驱动力，使其依固有的谐振频率，进行连续等幅的正弦振荡，如图6中虚线所示，那么根据科里奥利力定理，以两支点间中心位置为界，管子的左右两部分，将感受到两个方向相反的科里奥利力，其作用结果，将使管子产生弯曲变形，并且科里奥利力还将随着正弦振动，周期性地改变着方向。所以管子的弯曲变形也如图6中曲线1和曲线2那样交替地变化。

如果在测量管两端分别设置两个传感器，检测管子的变形，就可得到两组带有时间差Δt的正弦交流信号，而时间差Δt只随管中的质量流量线性变化，因而只要测出Δt，就可得知质量流量的大小。本发明就是根据这个原理，在测量管两端分别设置了压电检测传感元件，检测测量管的弯曲变型，就可得到与质量流量相对应的Δt。

本发明的优点：增设护管后可将护管壁加厚，增加护管的强度，因而保证该发明能够在较高工作压力下正常工作。增设护管后，测量管壁可以做得很薄，因而可适用低密度介质的测量，例如可测量气体和比重小的液体，还可用于多相流，浆体等流体测量。采用压电检测传感元件作为检测元件与光电法相比，不存在初始位置差的影响，其灵敏度高，输出信号大。检测传感元件采用压电陶瓷和压电晶体材料，其居里温度高达400℃和800℃以上使用工作温度相应也高于其它元件。直管式流量计振荡驱动装置不采用永久磁铁，消除了原结构中采用永久磁铁受工作温度限制给流量计带来的影响。由于采用以上结构，使本发明能够适应高温测量。

附图说明：

附图1：薄壁直管科里奥利质量流量计结构示意图

〔1、1’〕—法兰

〔2、2’〕—基座

〔3、3’〕—测量管

〔4〕—护管

〔5〕—电磁线圈

〔6〕—永久磁钢

〔9、9’、10、10’〕—弯曲变形压电检测传感元件

〔11、11’〕—接线端子板

附图2：单直管式流量计振荡驱动装置结构示意图

〔7〕—环形衔铁

〔8、8’〕—电磁铁

附图3：单直管式流量计振荡驱动装置中推挽式驱动电路图

〔I〕—推挽式驱动电路

附图4：信号处理单元方框图

〔12、13〕—信号放大器

〔14〕—逻辑运算器

〔15〕—振荡器

〔16〕—计数器

〔17〕—D/A转换器

附图5：信号处理单元波形图

附图6：单直管科里奥利质量流量计振动变形曲线图。

Claims (6)

1、一种直管式科里奥利质量流量计，由基座、测量管、振荡驱动装置、检测传感元件和信号处理单元组成，其特征在于在测量管〔3、3’〕外侧增设护管〔4〕，在测量管〔3、3’〕与护管〔4〕之间形成一个密封腔室，并充灌密封液体，测量管还可以采用单直管〔3〕。

2、根据权利要求1所述的一种直管式科里奥利质量流量计，其特征在于测量管〔3、3’〕壁厚度可达0.1mm，测量管〔3、3’〕壁厚度与管径之比为1∶50-1∶150。

3、根据权利要求1所述的一种直管式科里奥利质量流量计，其特征在于：

a.平行双直管式流量计采用的振荡驱动装置是由普通推挽式驱动电路和分别安装在两根测量管〔3、3’〕夹缝侧中央位置的电磁线圈〔5〕和永久磁钢〔6〕组成；

b.单直管式流量计采用的振荡驱动装置是由套在测量管〔3外侧中央位置的环形衔铁〔7〕、与环形衔铁〔7〕上下对应安装在护管〔4〕外侧中央位置的两个电磁铁〔8、8’〕和推挽式驱动电路〔I〕组成，电磁铁〔8、8’〕的激磁绕组L1连接在推挽式驱动电路〔I〕中BG3集电极与电源正极(+E)之间，L2连接在BG4发射极与电源负极(-E)之间。

4、根据权利要求1所述的一种直管式科里奥利质量流量计，其特征在于测量管〔3、3’〕两端分别设置的检测传感元件可以采用弯曲变形压电检测传感元件〔9、9’、10、10’〕，也可以采用安装在测量管〔3、3’〕内侧的两片厚度变形压电检测传感元件，单直管式流量计只采用弯曲变形压电检测传感元件〔9、9’、10、10’〕。

5、根据权利要求1所述的一种直管式科里奥利质量流量计，其特征在于在基座〔2、2’〕上各自焊接一片法兰〔1、1’〕，基座〔2、2’〕和法兰〔1、1’〕之间形成一个连接输入管和两个测量管〔3、3’〕的内腔室。

6、根据权利要求4所述的一种直管式科里奥利质量流量计，其特征在于检测传感元件通过安装在护管〔4〕上的接线端子板〔11、11’〕与信号处理单元的信号放大器〔12、13〕连接。

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