CN219914529U - 振动换能器和流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种振动换能器和流量计。根据实施方式，振动换能器(104、105、105’)包括联接至换能器(104、105、105’)的平衡系统，其中，平衡系统定尺寸和定位成使得换能器围绕振动轴对称平衡，并且其中，平衡系统包括至少一个重量件(500)，所述至少一个重量件(500)还包括多个可移除的部段(502)。

Description

振动换能器和流量计

技术领域

下面描述的实施方式涉及振动传感器，并且更具体地涉及改善的流量计平衡机构。

背景技术

振动式传感器、比方说例如振动式密度计和科里奥利流量计是通常已知的，并且用以对与流动通过流量计中的导管的材料有关的质量流量和其他信息进行测量。在美国专利4,109,524、美国专利4,491,025和Re.31,450中公开了示例科里奥利流量计。这些流量计具有计量器组件，其具有呈直线或弯曲构型的一个或更多个导管。科里奥利质量流量计中的每个导管构型例如均具有一组自然振动模式，一组自然振动模式可以是简单弯曲、扭转或耦合类型。可以驱动每个导管以优选的模式进行振荡。当没有流量穿过流量计时，施加至导管的驱动力导致沿着导管的所有点以相同的相位或以小的“零偏移”——这是在零流量下测量到的时间延迟——进行振荡。

当材料开始流动通过导管时，科里奥利力导致沿着导管的每个点具有不同的相位。例如，流量计的入口端部处的相位滞后于集中式驱动器位置处的相位，而出口处的相位超前于集中式驱动器位置处的相位。导管上的拾取器产生表示导管运动的正弦信号。来自拾取器的信号输出被处理以确定拾取器之间的已知为ΔT的时间延迟。两个或更多个拾取器之间的时间延迟与流动通过导管的材料的质量流量成比例。

连接至驱动器的计量器电子装置产生驱动信号以操作该驱动器，并且还根据从拾取器接收到的信号来确定处理材料的质量流量和/或其他性质。驱动器可以包括许多众所周知的装置中的一种装置；然而，磁体和相对的驱动线圈在流量计行业中已经取得巨大成功。交流电被传递至驱动线圈，以使导管以期望的导管振幅和频率进行振动。在本领域中还已知的是，将拾取器提供为与驱动器布置结构非常相似的磁体与线圈布置结构。

流量计——科里奥利或其他流量计——有时采用对称振荡或更具体地对称反向振荡来执行测量，提供平衡振动和/或类似功能。这样的对称振荡可能需要对称振荡装置的两个部分以相对的方式朝向彼此移动以及远离彼此移动。这可以被称为异相振动或振荡，或具有为180度异相的更具体振动。通过示例的方式，振动计量器可以被看作是对称振动装置。

由拾取传感器测量的时间延迟的幅度非常小；通常以纳秒进行测量。因此，有必要使换能器的输出非常准确。换能器的精度可能受到计量器结构中或来自由外来力引起的运动的非线性和不对称性的影响。例如，具有不平衡部件的科里奥利质量流量计可以在计量器的驱动频率下使科里奥利质量流量计的壳体、凸缘和管线振动。这种振动使时间延迟信号的量扰动，时间延迟信号的量取决于安装部的刚性。由于安装部的刚性通常是未知的并且可以随着时间和温度而变化，不平衡部件的影响通常不能补偿并且可能显著影响计量器性能。这些不平衡振动和安装变化的影响可以通过使用平衡的流量计设计以及通过使用信号处理技术来减少，以对不希望的部件运动进行补偿。

典型的双管科里奥利流量计设计使用歧管将材料流分成两股，并将两股材料传送到两个分开的流动管中。两个管在形状上通常是对称的并且被安装成彼此平行。两个管通常以相同频率但以相反相位进行振动。因为这些管是对称的并且彼此相反地振动，所以振动通常在两个管连结的地方抵消。这产生了平衡流量计(即，流量计在歧管处的振动很小或没有振动)。流动通过两个管的材料中的密度的变化实质上相等地改变两个管的质量，并且因此，两个管在各种材料密度内保持平衡。

传感器组件可以依赖于两个振动构件比如导管、尖状物等的理想或假定的对称振荡，以精确地测量流体参数。电磁换能器可以附接至两个振动构件，以对传感器组件所感测的材料的参数进行测量。电磁换能器可以是移位传感器、驱动器、拾取器或类似物。然而，电磁换能器可以不是对称平衡的。因此，两个振动构件的振荡可以不是对称的。因此，需要下述电磁换能器：该电磁换能器用于在生产期间易于实现的对称振荡装置的对称振荡。

实用新型内容

在实施方式中，提供了一种振动换能器，该振动换能器具有联接至换能器的平衡系统，其中，平衡系统定尺寸和定位成使得换能器围绕振动轴对称平衡。平衡系统包括至少一个重量件，所述至少一个重量件还包括多个可移除的部段。

在实施方式中，提供了一种流量计，该流量计具有流动导管和连接至流动导管的换能器，其中，换能器包括驱动器和拾取传感器。计量器电子装置配置成对驱动器进行驱动以使流动导管以第一弯曲模式振荡，并接收来自拾取传感器的信号。平衡系统联接至换能器或流动导管中的至少一者，其中，平衡系统定尺寸和定位成使得流动导管围绕振动轴对称平衡，其中，平衡系统包括至少一个重量件，所述至少一个重量件还包括多个可移除的部段。

方面

根据一方面，提供了一种振动换能器，该振动换能器具有联接至换能器的平衡系统，其中，平衡系统定尺寸和定位成使得换能器围绕振动轴对称平衡。平衡系统包括至少一个重量件，所述至少一个重量件还包括多个可移除的部段。

优选地，多个部段中的每个部段以可移除的方式粘附至多个部段中的相邻的部段。

优选地，振动换能器还包括：中央孔，该中央孔由所述至少一个重量件限定，和紧固件，该紧固件将所述至少一个重量件联接至振动换能器的组件。

优选地，多个部段中的至少一个部段包括重量减轻孔。

优选地，多个部段中的每个部段是同心的。

优选地，多个部段中的每个部段包括大约相同的质量。

优选地，多个部段中的至少一些部段包括不同的质量。

根据一方面，流量计包括流动导管和连接至流动导管的换能器，其中，换能器包括驱动器和拾取传感器。计量器电子装置配置成对驱动器进行驱动以使流动导管以第一弯曲模式振荡，并接收来自拾取传感器的信号。平衡系统联接至换能器或流动导管中的至少一者，其中，平衡系统定尺寸和定位成使得流动导管围绕振动轴对称平衡，其中，平衡系统包括至少一个重量件，所述至少一个重量件还包括多个可移除的部段。

优选地，平衡系统定尺寸和定位成使得平衡系统和该平衡系统所联接至的换能器的组合质心定位成与所述至少一个流动导管的中心线的平面相邻。

优选地，多个部段中的每个部段以可移除的方式粘附至多个部段中的相邻的部段。

优选地，由所述至少一个重量件限定中央孔，并且紧固件将所述至少一个重量件联接至振动换能器的组件。

优选地，多个部段中的至少一个部段包括重量减轻孔。

优选地，多个部段中的每个部段是同心的。

优选地，多个部段中的每个部段包含大约相同的质量。

优选地，多个部段中的至少一些部段包括不同的质量。

附图说明

相同的附图标记在所有附图上表示相同的元件。应当理解的是，附图不一定按比例绘制。

图1示出了根据实施方式的振动计量器；

图2示出了根据实施方式的计量器电子装置；

图3图示了现有技术换能器组件的横截面视图；

图4图示了现有技术振动计量器的一部分；

图5图示了根据实施方式的换能器组件的横截面视图；

图6图示了图1的振动计量器的传感器组件的一部分的特写视图；以及

图7图示了图6的传感器组件的部分的分解视图。

具体实施方式

图1、图2和图5至图7以及以下描述描绘了具体示例以教导本领域技术人员如何实现和使用流量计传感器组件、驱动器和拾取传感器的实施方式的最佳模式。出于教导发明原则的目的，已经简化或省略一些常规方面。本领域技术人员将理解来自落入本说明书的范围内的这些示例的变型。本领域技术人员将理解，下面描述的特征可以以各种方式组合以形成实施方式的多个变型。因此，下面所描述的实施方式不限于下面描述的具体示例，而是仅由权利要求及其等同物限定。

图1示出了根据实施方式的流量计5。流量计5包括传感器组件10和计量器电子装置20。计量器电子装置20经由引线100连接至传感器组件10，并且配置成通过通信路径26提供密度、质量流量、体积流量、总计质量流量、温度或者其他测量或信息中的一者或更多者的测量。流量计5可以包括科里奥利质量流量计或其他振动流量计。对于本领域技术人员来说应当是显而易见的是，流量计5可以包括任何形式的流量计5，而与驱动器、拾取传感器、流动导管的数目或振动的操作模式无关。

传感器组件10包括一对凸缘101和101’、歧管102和102’、驱动器104、拾取传感器105和105’以及流动导管103A和103B。驱动器104和拾取传感器105和105’连接至流动导管103A和103B。

凸缘101和101’固定至歧管102和102’。在一些实施方式中，歧管102和102’可以固定至间隔件106的相反端部。间隔件106保持歧管102与歧管102’之间的间隔。当传感器组件10插入到承载正被测量的过程流体的管线(未示出)中时，过程流体通过凸缘101进入传感器组件10，穿过入口歧管102，在入口歧管102处，过程流体的总量被引导进入流动导管103A和103B，流动通过流动导管103A和103B并且返回至出口歧管102’，在出口歧管102’处，过程流体通过凸缘101’离开传感器组件10。

过程流体可以包括液体。过程流体可以包括气体。过程流体可以例如而非限制地包括多相流体，比如包括夹带气体和/或夹带固体的液体。选择流动导管103A和103B并将其分别绕弯曲轴W-W和W'-W'适当地安装至入口歧管102和出口歧管102’，以便具有基本相同的质量分布、惯性矩以及弹性模量。流动导管103A和103B以基本平行的方式从歧管102和102’向外延伸。

流动导管103A和103B由驱动器104在绕相应的弯曲轴W和W'的相反方向上驱动，并且在流量计5的所谓的第一异相弯曲模式下驱动。驱动器104可以包括许多公知的布置结构中的一者，比如安装至流动导管103A的磁体和安装至流动导管103B的相对置的线圈。交变电流通过相对置的线圈以使两个导管均振荡。合适的驱动信号由计量器电子装置20经由引线110施加至驱动器104。其他驱动装置被设想并且在说明书和权利要求的范围内。

计量器电子装置20分别在引线111和111’上接收传感器信号。计量器电子装置20在引线110上产生驱动信号，该驱动信号使驱动器104振荡流动导管103A和103B。其他传感器装置被设想并且在说明书和权利要求的范围内。

计量器电子装置20处理来自拾取传感器105和105’的左速度信号和右速度信号以便计算流速等。通信路径26提供输入和输出装置，其允许计量器电子装置20与操作者或与其他电子系统相互作用。图1的描述仅仅作为流量计的操作的示例而提供，并且不旨在限制本实用新型的教导。在实施方式中，具有一个或更多个驱动器和拾取器的单管流量计和多管流量计被设想。

在一个实施方式中，计量器电子装置20配置成使流动导管103A和103B振动。振动由驱动器104执行。计量器电子装置20还从拾取传感器105和105'接收所得到的振动信号。振动信号包括流动导管103A和103B的振动响应。计量器电子装置20处理振动响应并确定响应频率和/或相位差。计量器电子装置20处理振动响应并确定一个或更多个流量测量，包括过程流体的质量流量和/或密度。其他振动响应特性和/或流量测量被设想并且在说明书和权利要求的范围内。

在一个实施方式中，如所示的，流动导管103A和103B包括大致V形的流动导管。替代性地，在其他实施方式中，流量计可以包括大致直的流动导管、U形导管、Δ形导管，Ω形导管等。附加的流量计形状和/或构型可以被使用并且在说明书和权利要求的范围内。还可以设想仅单个流动导管或多于两个流动导管的实施方式。

图2是根据实施方式的流量计5的计量器电子装置20的框图。在操作中，流量计5提供可以被输出的各种测量值，包括质量流量、体积流量、个别流量成分质量流量和体积流量以及总流量(包括，例如体积流量和质量流量两者)的测量值或平均值中的一者或更多者。

流量计5生成振动响应。振动响应由计量器电子装置20接收和处理以生成一个或更多个流体测量值。可以监测、记录、保存、总计和/或输出这些值。

计量器电子装置20包括接口201、与该接口201通信的处理系统203、以及与该处理系统203通信的存储系统204。尽管这些部件被示出为不同的块，但是应当理解的是，计量器电子装置20可以包括集成的和/或分立的部件的各种组合。

接口201配置成与流量计5的传感器组件10通信。接口201可以配置成联接至引线100(参见图1)并且与例如驱动器104、拾取传感器105和105'和温度传感器(未示出)交换信号。接口201还可以配置成通过通信路径26通信，比如与外部装置通信。

处理系统203可以包括任何方式的处理系统。处理系统203配置成检索并执行所存储的例程以便操作流量计5。存储系统204可以存储例程，这些例程包括流量计例程205。其他测量/处理例程被设想并且在说明书和权利要求的范围内。存储系统204可以存储测量值、接收值、工作值和其他信息。在一些实施方式中，存储系统存储质量流量密度(ρ)225、粘度(μ)223、温度(T)224、驱动增益306、换能器电压303以及本领域已知的任何其他变量。

流量计例程205可以产生和存储流体量化和流量测量。这些值可以包括大致瞬时的测量值，或者可以包括总计值或累计值。例如，流量计例程205可以生成质量流量测量，并且将它们存储在例如存储系统204的质量流量221存储器中。流量计例程205可以生成密度225测量，并将它们存储在例如密度225存储器中。如前和本领域已知的，从振动响应确定质量流量221值和密度225值。质量流量和其他测量可以包括大致瞬时的值，可以包括样本，可以包括时间间隔上的平均值，或者可以包括时间间隔上的累计值。可以将时间间隔选择成与在其期间检测到某些流体条件的一段时间相对应，某些流体条件为例如仅液体的流体状态或者替代性地包括液体和夹带气体的流体状态。此外，其他质量流量和相关的量化被设想并且在说明书和权利要求的范围内。

图3示出了根据实施方式的现有技术换能器组件300的横截面视图。换能器组件300可以联接至第一流动导管103A和第二流动导管103B。现有技术换能器组件300包括线圈部分304A和磁体部分304B。磁体部分304B包括磁体311。磁体311能够定位在能够帮助引导磁场的磁体保持器313内，并且通常由磁钢制成。磁体部分304B还可以包括极件315。磁体部分304B包括现有技术传感器部件的典型磁体部分。磁体部分304B可以使用安装支架(出于清楚起见未示出)而联接至第二流动导管103B。安装支架可以根据众所周知的技术比如焊接、钎焊、铆接、粘合等联接至流动导管103B。线圈部分304A可以使用安装支架(出于清楚起见未示出)联接至第一流动导管103A。安装支架可以根据众所周知的技术比如焊接、钎焊、捆扎、粘合等联接至流动导管103A。线圈部分304A还包括线圈绕线架320。线圈绕线架320可以包括磁体接收部分320'，该磁体接收部分320'用于接收磁体311的至少一部分。线圈绕线架320包括线圈322。线圈绕线架320可以使用紧固装置或焊接、钎焊、粘附等被保持在安装支架上。安装臂306A、306B分别用于将线圈部分304A和磁体部分304B相应地连接至第一流动导管103A和第二流动导管103B。替代性地，安装臂306A、306B可以分别用于将线圈部分304A和磁体部分304B相应地连接至第二流动导管103B和第一流动导管103A。对于所提供的实施方式，换能器部分可以使用安装臂306A、306B联接至流动导管103A、103B，如所图示的，但是将理解的是，可以使用板、支架、机械结构或者通过将换能器部分直接联接至流动导管103A、103B而不需要任何中介结构来实现联接。直接联接可以包括机械紧固、焊接、铆接、钎焊、粘附或通过本领域任何已知的联接方法。

图4图示了现有技术传感器组件10的一部分，其包括驱动器104、拾取传感器105和105’以及流动导管103A和103B。驱动器104和拾取传感器105和105’连接至流动导管103A和103B。每个驱动器104和拾取传感器105和105’(统称为“换能器”104、105、105’)包括至少一个重量件400，以实现适当的平衡。这样的重量件400联接至换能器104、105、105’。通常，每个重量件定尺寸和定位成使得每个重量件的质心与相应换能器104、105、105’的质心相结合而形成组合质心，该组合质心定位在每个导管103A、103B的中央X-Y平面上。重量件的特殊属性是使得，对于每个流动导管，重量件的质量乘以速度与换能器104、105、105’的组件的下述部分的质量乘以速度在Y方向上相等且相反：所述部分附接至组件的相应导管103A、103B。

对称平衡促进了涉及线圈部分304A和磁体部分304B的振荡，并且流动导管103A、103B将不包括对由换能器引起测量上的不对称影响。例如，如果磁体部分304B和线圈部分304A不是围绕装置的中央平面共同对称平衡或者单独围绕流动导管103A、103B的中央平面共同对称平衡，那么线圈部分304A和磁体部分304B的振荡不是相对地平衡，即使在换能器施加完全对称的振荡力的情况下也是如此。总的来说，由于线圈部分304A和磁体部分304B通常具有不同的质量，因此需要与线圈部分304A相关联的重量件400，该重量件400具有与磁体部分304B相关联的重量件400不同的质量。在生产环境中，可以存在多种换能器类型和尺寸，并且因此可能需要具有不同质量的大量重量件，以适应必须被平衡的各种换能器质量。

转到图5至图7，提供适应各种质量的可调节换能器重量件500。重量件500包括多个可移除的部段502。基于尺寸和重量件的限制，可以存在任何数目的部段502。在实施方式中，重量件500限定中央孔504。中央孔504包括接受紧固件506的尺寸。紧固件506穿过部段502的所有中央孔504，并且可紧固至换能器104、105、105’的一部分。紧固件506因此将重量件500牢固地附接至换能器104、105、105’的线圈部分304A或磁体部分304B。尽管图示了机械紧固件506，本领域技术人员将理解的是，重量件500可以通过焊接、钎焊、铆接、粘合剂、螺纹连接和本领域已知的任何其他连接方法而紧固至线圈部分304A或磁体部分304B。还应当理解的是，重量件500可以通过上述方法中的任一种方法直接联接至流动导管103A、103B。

如图7中所示的，重量件500的每个部段502最初用粘合剂508保持在一起。粘合剂508可以是液体、膜、胶带、凝胶、粉末或本领域已知的任何其他粘合剂。重量件500因此被处理为下述单个单元：该单个单元具有粘附至彼此的多个部段502。图7图示了重量件500的分解视图，但是将理解的是，在安装重量件时，仅安装单个单元，因为重量件是包括多个部段的单一组件。也就是说，通常不单独安装每个部段502，但是单独安装每个部段502也是可以的。

通过将各部段预粘附至彼此，实现了许多优点。有更少的零件单独安装，因此在替代方案上加速了制造。另外，因为各部段502粘附在一起以保持同心度，所以各部段不需要针对同心度被单独调整，从而再次加速制造并且减少用户误差。由于线圈部分304A和磁体部分304B通常具有不同的质量，在安装期间，可以从重量件组件中移除部段502，以减少该特定重量件500的质量。这通过向重量件组件的远端最外面的部段502施加下述力来实现：该力克服了将该部段保持至其相邻的部段502的粘附力。可以移除多于一个的部段502，直到达到重量件500的所需质量为止。如果需要的话，可以移除远端部段，并且也可以移除另一部段502，并且然后可以替换和/或重新粘附初始远端的部段。

在实施方式中，部段502均具有相同的质量。在实施方式中，每个部段502是不同的质量。在实施方式中，一些部段502是相同的质量，而其他部段502具有不同的质量。在实施方式中，一个或更多个部段502包括重量减轻孔510。在实施方式中，用户可以卸载部段502，钻重量减轻孔，并且然后将部段502重新安装在组件上，以便微调重量件500的质量。

通过微调重量件500的质量，包括重量件的平衡系统定尺寸和定位成使得换能器围绕振动轴对称平衡。在各实施方式中，平衡系统所联接至的换能器(104、105、105’)另外与平衡系统本身的组合质心定位成与至少一个流动导管的中心线的平面相邻。

以上实施方式的详细描述不是发明人所预期的在本说明书范围内的所有实施方式的详尽描述。事实上，本领域技术人员将认识到，上述实施方式的某些元件可以以各种方式组合或去除以产生其他实施方式，并且这些其他实施方式落入本说明书的范围和教导内。对于本领域的普通技术人员而言还将明显的是，上述实施方式可以整体或部分地组合以产生在本说明书的范围和教导内的附加实施方式。

因此，尽管出于说明的目的在本文中描述了具体实施方式，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本说明书的范围内各种等效修改是可能的。本文提供的教导可以应用于其他传感器、传感器支架和导管，而不仅应用于以上所述的和附图中所示的实施方式。因此，上述实施方式的范围应当由所附权利要求来确定。

Claims (15)

1.一种振动换能器(104、105、105’)，其特征在于，包括：

平衡系统，所述平衡系统联接至所述换能器(104、105、105’)，其中，所述平衡系统定尺寸和定位成使得所述换能器围绕振动轴对称平衡；

其中，所述平衡系统包括至少一个重量件(500)，所述至少一个重量件(500)还包括多个可移除的部段(502)。

2.根据权利要求1所述的振动换能器(104、105、105’)，其特征在于，多个所述部段(502)中的每个部段(502)以可移除的方式粘附至多个所述部段(502)中的相邻的部段(502)。

3.根据权利要求1所述的振动换能器(104、105、105’)，其特征在于：

由所述至少一个重量件(500)限定中央孔(504)；并且

紧固件(506)将所述至少一个重量件(500)联接至所述振动换能器(104、105、105')的组件。

4.根据权利要求1所述的振动换能器(104、105、105’)，其特征在于，多个所述部段(502)中的至少一个部段(502)包括重量减轻孔(510)。

5.根据权利要求1所述的振动换能器(104、105、105’)，其特征在于，多个所述部段(502)中的每个部段(502)是同心的。

6.根据权利要求1所述的振动换能器(104、105、105’)，其特征在于，多个所述部段(502)中的每个部段(502)包括大约相同的质量。

7.根据权利要求1所述的振动换能器(104、105、105’)，其特征在于，多个所述部段(502)中的至少一些部段包括不同的质量。

8.一种流量计(5)，其特征在于，包括：

流动导管(103A、103B)；

换能器(104、105、105’)，所述换能器(104、105、105’)连接至所述流动导管(103A和103B)，其中，所述换能器(104、105、105’)包括驱动器和拾取传感器；

计量器电子装置(20)，所述计量器电子装置(20)配置成对所述驱动器进行驱动以使所述流动导管(103A、103B)以第一弯曲模式振荡，并接收来自所述拾取传感器的信号；

平衡系统，所述平衡系统联接至所述换能器(104、105、105’)或所述流动导管(103A和103B)中的至少一者，其中，所述平衡系统定尺寸和定位成使得所述流动导管(103A和103B)围绕振动轴对称平衡；

其中，所述平衡系统包括至少一个重量件(500)，所述至少一个重量件(500)还包括多个可移除的部段(502)。

9.根据权利要求8所述的流量计(5)，其特征在于，所述平衡系统定尺寸和定位成使得所述平衡系统所联接至的所述换能器(104、105、105’)及所述平衡系统的组合质心定位成与至少一个所述流动导管的中心线的平面相邻。

10.根据权利要求8所述的流量计(5)，其特征在于，多个所述部段(502)中的每个部段(502)以可移除的方式粘附至多个所述部段(502)中的相邻的部段(502)。

11.根据权利要求8所述的流量计(5)，其特征在于，由所述至少一个重量件(500)限定中央孔(504)；并且

紧固件(506)将所述至少一个重量件(500)联接至所述换能器(104、105、105')的组件。

12.根据权利要求8所述的流量计(5)，其特征在于，多个所述部段(502)中的至少一个部段(502)包括重量减轻孔(510)。

13.根据权利要求8所述的流量计(5)，其特征在于，多个所述部段(502)中的每个部段(502)是同心的。

14.根据权利要求8所述的流量计(5)，其特征在于，多个所述部段(502)中的每个部段(502)包括大约相同的质量。

15.根据权利要求8所述的流量计(5)，其特征在于，多个所述部段(502)中的至少一些部段包括不同的质量。