專利名稱：具有單彎曲測(cè)量管的質(zhì)量流速/密度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照科里奧利原理工作的質(zhì)量流速/密度傳感器—以下稱為科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，用于檢測(cè)至少暫時(shí)流過管道的液體的質(zhì)量流速和/或密度；科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器插在管道中并以壓緊方式例如通過法蘭安裝在管道內(nèi)。
WO-A99/51946，特別結(jié)合圖9和10，公開了一種科里奧利質(zhì)量流速傳感器，當(dāng)然它還是密度傳感器，將其設(shè)計(jì)成可安裝在至少暫時(shí)流過液體的管道中，具有相對(duì)于對(duì)稱軸線在一平面內(nèi)彎曲的單測(cè)量管并且包括-直流入段，其流入軸線位于所述平面內(nèi)；-直流出段，其流出軸線位于所述平面內(nèi)并與所述流入軸線對(duì)齊；-流入彎管；-流出彎管；-頂部彎管，—所述流入段與所述流入彎管為無縫連接，所述流出段與所述流出彎管為無縫連接；并且—所述流入段與所述頂部彎管無縫連接，所述頂部彎管與所述流出彎管無縫連接；——第一和第二夾持體彼此相對(duì)夾持在流入段上以限定形成測(cè)量管管段的第一測(cè)量長(zhǎng)度范圍，——第三和第四夾持體彼此相對(duì)夾持在流出段上以限定第二測(cè)量長(zhǎng)度范圍，——每個(gè)夾持體具有靠在測(cè)量管上的內(nèi)表面和遠(yuǎn)離所述內(nèi)表面和測(cè)量管的外表面，———所述第一和第二夾持體具有固定于其上的流入側(cè)第一傳感器支撐件，其縱軸線與流入軸線平行，以及———所述第三和第四夾持體固定于其上的流出側(cè)第二傳感器支撐件，其縱軸線與流出軸線平行，——所述頂部彎管具有固定于其上的地震激勵(lì)器，———如果管段中充滿液體，則激勵(lì)器以相關(guān)固有頻率為f3的第三振動(dòng)模式激勵(lì)管段，頻率f3大約為500至1000Hz，——第一速度或位移傳感器固定在第一傳感器支撐件和流入段的位置上，和第二速度或位移傳感器固定在第二傳感器支撐件和流出段的位置上，在其所處位置，如果以第三振動(dòng)模式激勵(lì)管段，由來自管道的干擾所引起的管段偏轉(zhuǎn)分別具有第一和第二零點(diǎn)。
現(xiàn)有技術(shù)的科里奧利質(zhì)量流速傳感器的設(shè)計(jì)原理只允許頂部彎管具有大的曲率半徑，或者換句話說，頂部和流入/流出軸線之間的距離只為大約10cm。對(duì)于更大的距離，特別是指定大于10cm的距離，WO-A99/51946中公開的設(shè)計(jì)原理就不適用了。
因此本發(fā)明的目的是提供一種根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)原理的并且頂部彎管的頂部和流入/流出軸線之間的距離可以任意加大的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器。同時(shí)可以獲得高測(cè)量精度，如約為±0.5％的精度。
為實(shí)現(xiàn)這些目的，本發(fā)明的第一種變形包括一種安裝在至少暫時(shí)流過液體的管道上的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，所述科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器包括在一平面內(nèi)相對(duì)于對(duì)稱軸線彎曲的單個(gè)V形測(cè)量管，還包括-直流入段，其流入軸線位于所述平面內(nèi)；-直流出段，其流出軸線位于所述平面內(nèi)并與所述流入軸線對(duì)齊；-流入彎管；-流出彎管；-頂部彎管，——所述流入段與所述流入彎管為無縫連接，所述流出段與所述流出彎管為無縫連接；-直第一管段，其無縫地將流入彎管與所述頂部彎管連接起來；以及-直第二管段，其無縫地將流出彎管與所述頂部彎管連接起來；以及——第一和第二夾持體彼此相對(duì)夾持在流入彎管附近的第一管段上以限定形成測(cè)量管管段的第一測(cè)量長(zhǎng)度范圍，——第三和第四夾持體彼此相對(duì)夾持在流出彎管附近的第二管段上以限定第二測(cè)量長(zhǎng)度范圍，——每個(gè)夾持體具有靠在測(cè)量管上的內(nèi)表面和遠(yuǎn)離所述內(nèi)表面和測(cè)量管的外表面，———第一和第三夾持體的外表面具有連接到其上的第一平面體，以及———第二和第四夾持體的外表面具有連接到其上的第二平面體，————兩平面體螺紋連接在一起并螺紋連接在夾持體上，使第一定位件插在第一長(zhǎng)側(cè)處，第二隔離體插在第二長(zhǎng)側(cè)處，————兩平面體具有固定在其上的相對(duì)作用體，所述相對(duì)作用體沿對(duì)稱軸線延伸到頂部彎管，頂部彎管支撐激勵(lì)器組件的第一部分，激勵(lì)器組件具有主軸線和固定到頂部彎管的第二部分；————激勵(lì)器組件以相關(guān)固有頻率為f3的第三振動(dòng)模式激勵(lì)管段；————流入側(cè)第一傳感器支撐件和流出側(cè)第二傳感器支撐件固定在第一平面體上，所述流入側(cè)第一傳感器支撐件的縱軸線平行于第一管段，所述流出側(cè)第二傳感器支撐件的縱軸線平行于第二管段，以及————流入側(cè)第一支架和流出側(cè)第二支架固定在第二平面體上，所述流入側(cè)第一支架的縱軸線平行于所述第一傳感器支撐件，所述流出側(cè)第二支架的縱軸線平行于所述第二傳感器支撐件，——第一速度或位移傳感器固定在第一管段和第一傳感器支撐件上，第二速度或位移傳感器固定在第二管段和第二傳感器支撐件上，在其所處位置，如果以第三振動(dòng)模式激勵(lì)管段，由來自管道的干擾所引起的管段的偏轉(zhuǎn)分別具有第一和第二零點(diǎn)，以及——所述流入段和所述流出段由支撐件支持，———支撐框上固定一殼體，殼體分別通過與第一速度或位移傳感器相對(duì)的第一定位件和與第二速度或位移傳感器相對(duì)的第二定位件連接到支架上。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第二種變形包括一種安裝在至少暫時(shí)流過液體的管道上的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，所述科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器包括在一平面內(nèi)相對(duì)于對(duì)稱軸線彎曲的單個(gè)V形測(cè)量管，還包括-直流入段，其流入軸線位于所述平面內(nèi)；-直流出段，其流出軸線位于所述平面內(nèi)并與所述流入軸線對(duì)齊；-流入彎管；-流出彎管；-頂部彎管，--所述流入段與所述流入彎管為無縫連接，所述流出段與所述流出彎管為無縫連接；-直第一管段，其通過無縫連接將流入彎管與所述頂部彎管連接起來；以及-直第二管段，其通過無縫連接將流出彎管與所述頂部彎管連接起來；以及--第一和第二夾持體彼此相對(duì)夾持在流入彎管附近的第一管段上以限定形成測(cè)量管管段的第一測(cè)量長(zhǎng)度范圍，--第三和第四夾持體彼此相對(duì)夾持在流出彎管附近的第二管段上以限定第二測(cè)量長(zhǎng)度范圍，--每個(gè)夾持體具有靠在測(cè)量管上的內(nèi)表面和遠(yuǎn)離所述內(nèi)表面和測(cè)量管的外表面，---第一和第三夾持體的外表面具有連接到其上的第一平面體，以及---第二和第四夾持體的外表面具有連接到其上的第二平面體，----兩平面體螺紋連接在一起并螺紋連接在夾持體上，使第一定位件的插入位置在第一長(zhǎng)側(cè)處，第二定位件的插入位置在第二長(zhǎng)側(cè)處，----一相對(duì)作用體固定在兩平面體上，所述相對(duì)作用體沿對(duì)稱軸線向頂部彎管延伸并且不延伸到頂部彎管，----流入側(cè)第一傳感器支撐件和流出側(cè)第二傳感器支撐件固定在第一平面體上，所述流入側(cè)第一傳感器支撐件的縱軸線平行于第一管段，所述流出側(cè)第二傳感器支撐件的縱軸線平行于第二管段，以及----流入側(cè)第一支架和流出側(cè)第二支架固定在第二平面體上，所述流入側(cè)第一支架的縱軸線平行于所述第一傳感器支撐件，所述流出側(cè)第二支架的縱軸線平行于所述第二傳感器支撐件，--頂部彎管具有固定于其上的地震激勵(lì)器，———地震激勵(lì)器以相關(guān)固有頻率為f3的第三振動(dòng)模式激勵(lì)所述管段，——第一速度或位移傳感器固定在第一管段和第一傳感器支撐件上，第一傳感器支撐件和第二速度或位移傳感器固定在第二管段和第二傳感器支撐件上，在其所處位置，如果以第三振動(dòng)模式激勵(lì)管段，由來自管道的干擾所引起的管段的偏轉(zhuǎn)分別具有第一和第二零點(diǎn)，以及——所述流入段和所述流出段由支撐框支持，———支撐框上固定一殼體，殼體分別通過與第一速度或位移傳感器相對(duì)的第一定位件和與第二速度或位移傳感器相對(duì)的第二定位件連接到支架上。
根據(jù)本發(fā)明兩種變型的第一種改進(jìn)，第一附加材料固定在頂部彎管附近的第一管段上，大約在此處產(chǎn)生第三振動(dòng)模式的波節(jié)，以及第二附加材料固定在相對(duì)于對(duì)稱軸線對(duì)稱的第二管段上。
在本發(fā)明和/或其第一種改進(jìn)的第一優(yōu)選實(shí)施例中，激勵(lì)器組件以這樣的方式固定在頂部彎管和相對(duì)作用體上，即激勵(lì)器組件的主軸線在垂直于對(duì)稱軸線的頂部彎管直徑的方向上延伸。
在本發(fā)明和/或其第一種改進(jìn)的第二優(yōu)選實(shí)施例中，激勵(lì)器組件以這樣的方式固定在頂部彎管和相對(duì)作用體上，即激勵(lì)器組件的主軸線在平行于垂直于對(duì)稱軸線的頂部彎管直徑的方向上延伸并位于頂部彎管和殼體之間。
根據(jù)本發(fā)明兩種變型的第二種改進(jìn)，一補(bǔ)償體固定在平面體附近的相對(duì)作用體上，補(bǔ)償體的縱軸線垂直于對(duì)稱軸線并起動(dòng)態(tài)平衡屬于第三振動(dòng)模式的科里奧利模式的作用。
根據(jù)本發(fā)明兩種變型的第三種改進(jìn)，所述兩平面體和所述第一定位件具有沿著所述對(duì)稱軸線的第一凹槽，所述兩平面體、第二定位件和相對(duì)作用體具有沿著對(duì)稱凹槽的第二凹槽，形成相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)部。
在本發(fā)明的第三種改進(jìn)的優(yōu)選實(shí)施例中，所述扭轉(zhuǎn)部設(shè)計(jì)成普通旋轉(zhuǎn)接頭。
在本發(fā)明的兩種變型的優(yōu)選實(shí)施例中，第一、第二、第三和第四夾持體具有相同質(zhì)量。
在本發(fā)明的兩種變型及其改進(jìn)的另一優(yōu)選實(shí)施例中，殼體由平面金屬薄板構(gòu)成并且包括-具有第一中間平面的前薄板；-具有第二中間平面的后薄板；-具有第三中間平面的頂部薄板；-具有第四中間平面的第一側(cè)薄板；以及-具有第五中間平面的第二側(cè)薄板，——第一中部平面平行于所述第一管段，——第二中部平面平行于所述第二管段，——第三中部平面垂直于所述平面，——第四和第五中部平面平行于所述平面體，以及——后薄板通過定位件緊固在所述支架上。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是獲得一種科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，使其總長(zhǎng)即沿著流入/流出軸線的長(zhǎng)度大大小于WO-A99/51946中公開的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)置的總長(zhǎng)。這是由于測(cè)量管為V形。因此獲得一種具有所要求的測(cè)量精度的小巧的傳感器。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是提高了效果，而這是采用現(xiàn)有技術(shù)設(shè)置所不能達(dá)到的。該效果在于，由于夾持體只通過測(cè)量管以機(jī)械方式相互連接，但是否則是獨(dú)立的，測(cè)量管可以由來自管道的振動(dòng)激勵(lì)而以低于第三模式頻率的頻率進(jìn)行振動(dòng)。這些低頻振動(dòng)，類似第三模式的振動(dòng)，由傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并作為干擾信號(hào)包含在該電信號(hào)中。在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)置中，在流入側(cè)的夾持體通過平面體與流出側(cè)的夾持進(jìn)行基本剛性連接，因此實(shí)際上不可能有低頻振動(dòng)的激勵(lì)。
通過參照附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行說明可以更好的理解本發(fā)明，其中各個(gè)附圖中的相應(yīng)部件由相同標(biāo)號(hào)表示，但是如果合適這樣的標(biāo)號(hào)會(huì)只重復(fù)表示一次，其中

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器的局部縱剖面圖；圖2是沿圖1中的線I-I的局部側(cè)剖面圖；圖3是顯示圖1中未示部件的圖1的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器的另一局部縱剖面圖；圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器的局部縱剖面圖；圖5是是沿圖4中的線II-II的局部側(cè)剖面圖；以及圖6以與圖3相同的方式顯示了本發(fā)明第二實(shí)施例的縱剖面圖；由于本發(fā)明可以具有各種變形，因此通過圖中的例子顯示并詳細(xì)說明了幾個(gè)實(shí)施例。但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于這些公開的特定形式，相反，本發(fā)明包括所有落在由附加權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的變形、等同物和改變。
圖1和圖3顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器10的局部縱剖面圖。在圖1中省去了下述殼體的一些部件，因此可以看見該科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在圖3中，圖1的一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)部件也省去，使得在圖1中由這些部件擋住的部件也露出來了。圖2是沿圖1中的I-I的部分剖面圖。現(xiàn)在參照?qǐng)D1至圖3對(duì)其進(jìn)行說明。
科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器10包括在一平面內(nèi)相對(duì)于對(duì)稱軸線I-I彎曲成V形的單測(cè)量管1，見圖1，該平面即是紙面，該直線I-I還是獲得圖2截面的剖面線。測(cè)量管1具有直流入段11，該直流入段11具有位于平面內(nèi)的流入軸線。此外，測(cè)量管1具有直流出段12，該直流出段具有位于該平面內(nèi)的并與流入軸線成一直線的流出軸線。這樣科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器10便可以安裝在直管上。
測(cè)量管1還包括流入彎管13、流出彎管14和頂部彎管15。流入段11和流出段12分別與流入彎管13和流出彎管14無縫連接。
測(cè)量管1還包括第一直管段16和第二直管段17。管段16連接流入彎管13并與頂部彎管15無縫連接，管段17連接流出彎管14并與頂部彎管15無縫連接，使得測(cè)量管1形成一單獨(dú)部件并在合適的彎曲機(jī)上由一直管段彎曲而成。由于測(cè)量管1彎成了V形，即由于測(cè)量管1不是直的，因此測(cè)量管1易于由鋼材特別是高質(zhì)量鋼制成。
在所示的實(shí)施例中，流入段11的端部具有第一法蘭110，流出段12的端部具有第二法蘭120。由開始所述的那樣，科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器10插入管中并通過法蘭110、120密封地安裝在此處。
包圍流入段11的襯套111的端部處于法蘭110的內(nèi)表面。襯套111的作用是加強(qiáng)流入段11并通過機(jī)械壓力安裝在流入段11上，密封環(huán)112插在流入段11和襯套111之間。
包圍流出段12的襯套121的端部以相同方式處于法蘭120的內(nèi)表面。襯套121的作用是加強(qiáng)流出段12并通過壓配合安裝在流出段12上，密封環(huán)122插在流出段12和襯套121之間。
第一和第二夾持本彼此相對(duì)夾持在流入彎管13附近的管段16上；在圖2中，由于蓋住了第一和第二夾持體，因此看不到這些夾持體，但是在圖3中，只可以看到第二夾持體22。這兩個(gè)夾持體構(gòu)成第一對(duì)夾持體2并限定了形成測(cè)量管1管段的第一測(cè)量長(zhǎng)度范圍。
第三和第四夾持體23、24彼此相對(duì)夾持在流出彎管14附近的管段17上；在圖2中，兩個(gè)夾持體23、24都可看到，但是在圖3中，只可以看到第四夾持體24。這兩個(gè)夾持體23、24構(gòu)成第二對(duì)夾持體3并限定了形成測(cè)量管1管段的第二測(cè)量長(zhǎng)度范圍。四個(gè)夾持體最好具有相同質(zhì)量。
在圖3中，測(cè)量長(zhǎng)度由第一對(duì)夾持體2的下邊緣延伸到第二對(duì)夾持體3的下邊緣；這些夾持體對(duì)2、3限定了在工作中進(jìn)行振動(dòng)的并且在流體流過時(shí)其上作用有地球自轉(zhuǎn)偏向力的管段。
每個(gè)夾持體具有靠在測(cè)量管1上的并適應(yīng)測(cè)量管1的外壁形狀的內(nèi)表面，并具有遠(yuǎn)離內(nèi)表面和測(cè)量管1的外表面，該外表面最好是平面。第一平面體31安裝到第一夾持體和第三夾持體23的外表面上，第二平面體32安裝在第二和第四夾持體22、24的外表面上。
兩平面體31、32固定在一起并夾緊在夾持體上，第一定位件33放置在第一長(zhǎng)側(cè)邊，第二定位件34放置在第二長(zhǎng)側(cè)邊。通過夾緊件，如圖中所示的一個(gè)螺釘311實(shí)現(xiàn)上述夾緊。
定位件33、34的厚度和其間夾持有測(cè)量管1的夾持體2、3的厚度彼此相適應(yīng)，使得兩平面體夾緊在一起而且實(shí)際上不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力。此外，每對(duì)夾持體2、3的厚度適應(yīng)于測(cè)量管1的外徑，使得聯(lián)合夾持體將測(cè)量管夾持住并使夾持體的內(nèi)表面靠在測(cè)量管1的外壁上。
相對(duì)作用體41固定在兩平面體31、32、上，其最好相對(duì)于延伸到頂部彎管15的對(duì)稱軸線I-I成對(duì)稱布置，相對(duì)作用體41支撐激勵(lì)器組件50的第一部件51和固定在頂部彎管15上的第二部件52，激勵(lì)器組件50具有主軸線53。例如第一部件51是電動(dòng)振子的永磁鐵或線圈，或者第二部件52是電動(dòng)振子的線圈或永磁鐵。
在本發(fā)明的第一種變型的優(yōu)選實(shí)施例中，激勵(lì)器組件50以這樣的方式固定在頂部彎管15和相對(duì)作用體41上，即激勵(lì)器組件50的主軸線53在頂部彎管15的直徑方向延伸，該直徑垂直于對(duì)稱軸線I-I，如圖1至3所示。
在本發(fā)明的第一種變型的另一優(yōu)選實(shí)施例中，激勵(lì)器組件50以這樣的方式固定在頂部彎管15和相對(duì)作用體41上，即激勵(lì)器組件50的主軸線53平行于頂部彎管15的直徑方向并位于頂部彎管15和殼體8(如下所示)之間；為了簡(jiǎn)潔而沒有顯示。這種設(shè)置提高了激勵(lì)器組件50的效率；例如，如果激勵(lì)器組件50的主軸線53相對(duì)于圖1至3所示的位置改變大約一個(gè)測(cè)量管1的直徑則效率可以提高約25％。
激勵(lì)器組件50以處于關(guān)聯(lián)固有頻率f3的第三振動(dòng)模式激勵(lì)管段，由此激勵(lì)測(cè)量長(zhǎng)度。如果管段充滿液體，該固有頻率一般為大約500Hz至1000Hz。
第三振動(dòng)模式是在兩對(duì)夾持體2、3之間只同時(shí)形成兩波節(jié)和三腹點(diǎn)的管段振動(dòng)，三腹點(diǎn)之一處于頂部彎管15；第三模式具有關(guān)聯(lián)固有頻率f3并可比得上振動(dòng)彈簧的第二諧波。
相反，第二模式是在兩對(duì)夾持體2、3之間只同時(shí)形成于頂部彎管15處的單波節(jié)和兩腹點(diǎn)的管段振動(dòng)。第二模式具有固有頻率f2并可比得上振動(dòng)彈簧的第一諧波。
在本發(fā)明中，第三模式的固有頻率f3大約5倍于第一模式的頻率值。第一模式是具有固有頻率的f1的基本模式?；灸Ｊ骄哂刑幱陧敳繌澒?5的單腹點(diǎn)且在夾持體對(duì)2、3之間沒有波節(jié)。
除了根據(jù)本發(fā)明在固有頻率f3激勵(lì)的第三模式外，當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)，獲得上述第二模式和相應(yīng)的固有頻率為f4的第四模式；這兩種模式被稱之為科里奧利模式。在本發(fā)明中，固有頻率f2、f4大約為下列數(shù)值f2≈0.6f3；f4≈1.7f3下面所說明的傳感器一般不單獨(dú)采集具有兩固有頻率f2、f4的信號(hào)，當(dāng)傳感器71、72產(chǎn)生只具有第三模式的固有頻率f3的信號(hào)后，測(cè)量管1只在此處振動(dòng)，但是這兩個(gè)科里奧利模式導(dǎo)致傳感器信號(hào)之間的相位變化，這是衡量流過測(cè)量管1的液體的質(zhì)量流速/密度的標(biāo)準(zhǔn)。
相對(duì)作用體41的作用是平衡測(cè)量管1的第三模式；相對(duì)作用體41和測(cè)量管1以實(shí)際相同的頻率但相位相反進(jìn)行振動(dòng)。
流入側(cè)第一傳感器支撐件61和流出側(cè)第二傳感器支撐件62安裝在平面體31上，支撐件61的縱軸線平行于管段16，支撐件62的縱軸線平行于管段17。
流入側(cè)第一支架和流出側(cè)第二支架64固定在平面體32上，第一支架的縱軸線平行于傳感器支撐件61，第二支架64的縱軸線平行于傳感器支撐件62。在圖1至3中看不到第一支架，因?yàn)榈谝恢Ъ茏詈帽簧w住，但第一支架相對(duì)于對(duì)稱軸線I-I成鏡面對(duì)稱并因此成為支架64的鏡像。
第一速度或位移傳感器71固定在管段16和傳感器支撐件61上，第二速度或位移傳感器72固定在管段17和傳感器支撐件62上，在其定位處，如果以第三模式激勵(lì)管段，由管產(chǎn)生的干擾使管段偏轉(zhuǎn)，該偏轉(zhuǎn)分別具有第一、第二零點(diǎn)。
憑經(jīng)驗(yàn)很容易確定管段16和17上這些零點(diǎn)的位置當(dāng)激勵(lì)器組件50固定在頂部彎管15的頂部，即在測(cè)量長(zhǎng)度的中部，零點(diǎn)位于距夾持體對(duì)2、3距離相同的地方；如果是單一的測(cè)量管，該距離大約為0.21倍的測(cè)量長(zhǎng)度。該零點(diǎn)的相應(yīng)位置不與第三模式的波節(jié)的相應(yīng)位置相關(guān)，即這些位置彼此獨(dú)立。
傳感器71、72通常是速度或位移傳感器。速度傳感器產(chǎn)生正弦信號(hào)，其相位移相對(duì)于由激勵(lì)器組件產(chǎn)生的測(cè)量長(zhǎng)度正弦運(yùn)動(dòng)的變化是90°。位移傳感器產(chǎn)生正弦信號(hào)，其相位移相對(duì)于由激勵(lì)器組件產(chǎn)生的測(cè)量長(zhǎng)度正弦運(yùn)動(dòng)的變化是0。
流入段11和流出段12由支撐框35支持；在所示的實(shí)施例中，通過焊接或釬焊到支撐框35上的襯套111、121來實(shí)現(xiàn)該支持，即支撐框35不與流入段11和流出段12接觸。
殼體8例如通過焊接或釬焊連接到支撐框35上，殼體8通過第一定位件固定在第一支架上，第一定位件位于與第一傳感器71相對(duì)的位置。此外，殼體8通過第二定位件92固定在支架64上，第二定位件92位于與第二傳感器72相對(duì)的位置。
在圖1至3中看不到第一定位件，因?yàn)榈谝欢ㄎ患簧w住了，但是第一定位件最好相對(duì)于對(duì)稱軸線I-I成鏡面對(duì)稱，因此可以成為定位件92的鏡像。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，殼體8包括最好是焊接或釬焊在一起的平金屬薄板。殼體8包括具有第一中間平面的前薄板81、具有第二中間平面的后薄板82、具有第三中間平面的頂部薄板85、具有第四中間平面的第一側(cè)薄板83和具有第五中間平面的第二側(cè)薄板84。
第一中間平面平行于管段16，第二中間平面平行于管段17。第三中間平面垂直于上述使測(cè)量管1彎曲的平面。第四和第五中間平面平行于平面體31、32，后薄板82通過定位件固定在支架上。
在圖3中，用點(diǎn)劃線顯示本發(fā)明第一種變型的改進(jìn)。第一附加材料161固定在靠近頂部彎管15的第一管段16上，大約處于第三振動(dòng)模式波節(jié)發(fā)生的一點(diǎn)處，第二附加材料171相對(duì)于對(duì)稱軸線I-I對(duì)稱固定。憑經(jīng)驗(yàn)或通過計(jì)算容易確定波節(jié)的位置，因?yàn)楦郊硬牧系木_位置是并不重要的。
通過附加材科161、171，當(dāng)與沒有附加材料的設(shè)置相比時(shí)，上述波節(jié)的位置沿測(cè)量管1稍有改變。由于具有附加材料161、171，與沒有附加材料的設(shè)置相比，激勵(lì)器組件50的效率可有相當(dāng)大的提高。測(cè)量表明可以提高到50％以上。
如果除附加材料161、171外，激勵(lì)器組件50以這樣的方式固定在頂部彎管和相對(duì)作用體上，即激勵(lì)器組件50的主軸線53平行于頂部彎管15的直徑，則采用上述激勵(lì)器的優(yōu)選設(shè)置可進(jìn)一步提高激勵(lì)器組件50的效率。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二種變型的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器10’的局部縱剖面圖，圖5是沿圖4的線II-II的局部剖面圖。圖4和5的可見部件分別對(duì)應(yīng)于圖1和2中的可見部件。在圖4和5中，相同標(biāo)號(hào)用于表示對(duì)應(yīng)于圖1至3中的相同部件，但是這些標(biāo)號(hào)帶有“’”。
本發(fā)明的第二種變型不同于第一種變型，其中相對(duì)作用體41’不延伸到頂部彎管15’，而是在到達(dá)頂部彎管15’之前停止延伸。
因此，在本發(fā)明的第二種變型中，可使用如上述公開的PCT申請(qǐng)WO99/51946中所詳細(xì)說明的地震激勵(lì)器50’來代替圖1至3的激勵(lì)器組件50。
延伸超過圖1至3中的平面體31、32處的固定點(diǎn)并處于圖4和5中的相應(yīng)平面體31’、32’的相對(duì)作用體41、41’的長(zhǎng)度、相對(duì)作用體41、41’的三維形狀和相對(duì)作用體41、41’的質(zhì)量由科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器10、10’的尺寸決定，特別是由測(cè)量管1、1’的公稱管徑?jīng)Q定，由壁厚和由測(cè)量管1、1’的質(zhì)量決定，以及由夾持體、定位件和平面體的質(zhì)量決定。
根據(jù)在工作中即隨著測(cè)量管1、1’的振動(dòng)在流入段11、11’和/或法蘭110、110’和在流出段12、12’和/或法蘭120、120’不發(fā)生振動(dòng)的工作標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器10、10’的每個(gè)要求的公稱管徑來確定長(zhǎng)度、三維形狀和相對(duì)作用體41、41’的質(zhì)量。
可以憑經(jīng)驗(yàn)通過在相應(yīng)法蘭部位安裝加速度傳感器來確定不振動(dòng)的情況。但是更好的方法是采用有限元件程序在相對(duì)作用體41、41’上標(biāo)出尺寸。
在圖3中，由點(diǎn)劃線表示了本發(fā)明的進(jìn)一步的改進(jìn)，其可以用于本發(fā)明的兩種變型中。在平面體31、32附近，補(bǔ)償體411固定在相對(duì)作用體41上。補(bǔ)償體411的縱軸線垂直于對(duì)稱軸線I-I。補(bǔ)償體411起動(dòng)態(tài)平衡上述屬于第三振動(dòng)模式的科里奧利頻率fc模式的作用，并隨相對(duì)作用體41在相位的180°頻率下振動(dòng)?？梢栽俑鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)尺寸或采用有限元程序確定補(bǔ)償體411的尺寸、三維形狀和質(zhì)量。
圖6以與圖3相同的方式顯示了本發(fā)明兩種變型的另一改進(jìn)的部分縱剖面圖。圖6中只能看到兩平面體中的平面體32，兩平面體和定位件33具有沿對(duì)稱軸線I-I的第一凹槽36。
此外，兩平面體、定位件34和相對(duì)作用體具有沿對(duì)稱軸線I-I的第二凹槽37。凹槽36、37彼此相向延伸到每個(gè)平面體中留出扭轉(zhuǎn)部的點(diǎn)，在圖6中可以看到其中的扭轉(zhuǎn)部38。最好將兩扭轉(zhuǎn)部設(shè)計(jì)成一轉(zhuǎn)向接頭。由于凹槽37還延伸通過相對(duì)作用體，而相對(duì)作用體分成兩部分411、412。
圖6的改進(jìn)還起動(dòng)態(tài)平衡科里奧利模式的作用，這是因?yàn)榕まD(zhuǎn)部允許平面體的處于圖6左側(cè)的這些部分隨測(cè)量管1的科里奧利模式關(guān)于相位的左側(cè)部180°來回移動(dòng)。
用于向地震激勵(lì)器50’或激勵(lì)器組件50供電的激勵(lì)器電路以及用于將由傳感器71、72提供的電壓處理成質(zhì)量流速和密度信號(hào)的測(cè)量通路電路不構(gòu)成本發(fā)明的組成部分，因此這里就不作說明了。可以使用用于上述目的的電路，本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)此很早就已經(jīng)熟悉了。
通過附圖和上述說明詳細(xì)顯示和描述了本發(fā)明，該示圖和說明可看作是示例而不是列特征的限制，要理解這里只顯示和說明了實(shí)施例，而更保護(hù)的是本發(fā)明精神范圍內(nèi)的所有改變和變型。
權(quán)利要求
1.一種安裝在至少暫時(shí)流過液體的管道上的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，所述科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器包括在一平面內(nèi)相對(duì)于對(duì)稱軸線彎曲的單個(gè)V形測(cè)量管，還包括-直流入段，其流入軸線位于所述平面內(nèi)；-直流出段，其流出軸線位于所述平面內(nèi)并與所述流入軸線對(duì)齊；-流入彎管；-流出彎管；-頂部彎管，——所述流入段與所述流入彎管為無縫連接，所述流出段與所述流出彎管為無縫連接；-直第一管段，其無縫地將流入彎管與所述頂部彎管連接起來；以及-直第二管段，其無縫地將流出彎管與所述頂部彎管連接起來；以及——第一和第二夾持體彼此相對(duì)夾持在流入彎管附近的第一管段上以限定形成測(cè)量管管段的第一測(cè)量長(zhǎng)度范圍，——第三和第四夾持體彼此相對(duì)夾持在流出彎管附近的第二管段上以限定第二測(cè)量長(zhǎng)度范圍，——每個(gè)夾持體具有靠在測(cè)量管上的內(nèi)表面和遠(yuǎn)離所述內(nèi)表面和測(cè)量管的外表面，———第一和第三夾持體的外表面具有連接到其上的第一平面體，以及———第二和第四夾持體的外表面具有連接到其上的第二平面體，————兩平面體螺紋連接在一起并螺紋連接在夾持體上，使第一定位件插在第一長(zhǎng)側(cè)處，第二隔離體插在第二長(zhǎng)側(cè)處，————兩平面體具有固定在其上的相對(duì)作用體，所述相對(duì)作用體沿對(duì)稱軸線延伸到頂部彎管，頂部彎管支撐激勵(lì)器組件的第一部分，激勵(lì)器組件具有主軸線和固定到頂部彎管的第二部分；————激勵(lì)器細(xì)件以在相關(guān)固有頻率f3的第三振動(dòng)模式激勵(lì)管段；————流入側(cè)第一傳感器支撐件和流出側(cè)第二傳感器支撐件固定在第一平面體上，所述流入側(cè)第一傳感器支撐件的縱軸線平行于第一管段，所述流出側(cè)第二傳感器支撐件的縱軸線平行于第二管段，以及————流入側(cè)第一支架和流出側(cè)第二支架固定在第二平面體上，所述流入側(cè)第一支架的縱軸線平行于所述第一傳感器支撐件，所述流出側(cè)第二支架的縱軸線平行于所述第二傳感器支撐件，——第一速度或位移傳感器固定在第一管段和第一傳感器支撐件上，第二速度或位移傳感器固定在第二管段和第二傳感器支撐件上，在其所處位置，如果以第三振動(dòng)模式激勵(lì)管段，由來自管道的干擾所引起的管段的偏轉(zhuǎn)分別具有第一和第二零點(diǎn)，以及——所述流入段和所述流出段由支撐框支持，———支撐框上固定一殼體，殼體分別通過與第一速度或位移傳感器相對(duì)的第一定位件和與第二速度或位移傳感器相對(duì)的第二定位件連接到支架上。
2.如權(quán)利要求1所述的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，其特征在于，第一附加材料固定在頂部彎管附近的第一管段上，大約在此處產(chǎn)生第三振動(dòng)模式的波節(jié)，以及第二附加材料固定在相對(duì)于對(duì)稱軸線對(duì)稱的第二管段上。
3.如權(quán)利要求1所述的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，其特征在于，激勵(lì)器組件以這樣的方式固定在頂部彎管和相對(duì)作用體上，即激勵(lì)器組件的主軸線在垂直于對(duì)稱軸線的頂部彎管直徑的方向上延伸。
4.如權(quán)利要求1所述的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，其特征在于，激勵(lì)器組件以這樣的方式固定在頂部彎管和相對(duì)作用體上，即激勵(lì)器組件的主軸線在平行于垂直于對(duì)稱軸線的頂部彎管直徑的方向上延伸并位于頂部彎管和殼體之間。
5.如權(quán)利要求1所述的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，其特征在于，一補(bǔ)償體固定在平面體附近的相對(duì)作用體上，補(bǔ)償體的縱軸線垂直于對(duì)稱軸線并起動(dòng)態(tài)平衡屬于第三振動(dòng)模式的科里奧利模式的作用。
6.如權(quán)利要求1所述的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，其特征在于，所述兩平面體和所述第一定位件具有沿著所述對(duì)稱軸線的第一凹槽，所述兩平面體、第二定位件和相對(duì)作用體具有沿著對(duì)稱凹槽的第二凹槽，形成相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)部。
7.如權(quán)利要求1所述的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)部設(shè)計(jì)成普通旋轉(zhuǎn)接頭。
8.如權(quán)利要求1所述的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，其特征在于，第一、第二、第三和第四夾持體具有相同質(zhì)量。
9.如權(quán)利要求1所述的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，其特征在于，殼體由平面金屬薄板構(gòu)成并且包括-具有第一中間平面的前薄板；-具有第二中間平面的后薄板；-具有第三中間平面的頂部薄板；-具有第四中間平面的第一側(cè)薄板；以及-具有第五中間平面的第二側(cè)薄板，——第一中部平面平行于所述第一管段，——第二中部平面平行于所述第二管段，——第三中部平面垂直于所述平面，——第四和第五中部平面平行于所述平面體，以及——后薄板通過定位件緊固在所述支架上。
10.一種安裝在至少暫時(shí)流過液體的管道上的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，所述科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器包括在一平面內(nèi)相對(duì)于對(duì)稱軸線彎曲的單個(gè)V形測(cè)量管，還包括-直流入段，其流入軸線位于所述平面內(nèi)；-直流出段，其流出軸線位于所述平面內(nèi)并與所述流入軸線對(duì)齊；-流入彎管；-流出彎管；-頂部彎管，--所述流入段與所述流入彎管為無縫連接，所述流出段與所述流出彎管為無縫連接；-直第一管段，其無縫地將流入彎管與所述頂部彎管連接起來；以及-直第二管段，其無縫地將流出彎管與所述頂部彎管連接起來；以及--第一和第二夾持體彼此相對(duì)夾持在流入彎管附近的第一管段上以限定形成測(cè)量管管段的第一測(cè)量長(zhǎng)度范圍，--第三和第四夾持體彼此相對(duì)夾持在流出彎管附近的第二管段上以限定第二測(cè)量長(zhǎng)度范圍，--每個(gè)夾持體具有靠在測(cè)量管上的內(nèi)表面和遠(yuǎn)離所述內(nèi)表面和測(cè)量管的外表面，---第一和第三夾持體的外表面具有連接到其上的第一平面體，以及---第二和第四夾持體的外表面具有連接到其上的第二平面體，----兩平面體螺紋連接在一起并螺紋連接在夾持體上，使第一定位件的插入位置在第一長(zhǎng)側(cè)處，第二定位件的插入位置在第二長(zhǎng)側(cè)處，----一相對(duì)作用體固定在兩平面體上，所述相對(duì)作用體沿對(duì)稱軸線向頂部彎管延伸并且不延伸到頂部彎管，----流入側(cè)第一傳感器支撐件和流出側(cè)第二傳感器支撐件固定在第一平面體上，所述流入側(cè)第一傳感器支撐件的縱軸線平行于第一管段，所述流出側(cè)第二傳感器支撐件的縱軸線平行于第二管段，以及----流入側(cè)第一支架和流出側(cè)第二支架固定在第二平面體上，所述流入側(cè)第一支架的縱軸線平行于所述第一傳感器支撐件，所述流出側(cè)第二支架的縱軸線平行于所述第二傳感器支撐件，--頂部彎管具有固定于其上的地震激勵(lì)器，———地震激勵(lì)器以相關(guān)固有頻率為f3的第三振動(dòng)模式激勵(lì)所述管段，——第一速度或位移傳感器固定在第一管段和第一傳感器支撐件上，第一傳感器支撐件和第二速度或位移傳感器固定在第二管段和第二傳感器支撐件上，在其所處位置，如果以第三振動(dòng)模式激勵(lì)管段，由來自管道的干擾所引起的管段的偏轉(zhuǎn)分別具有第一和第二零點(diǎn)，以及——所述流入段和所述流出段由支撐框支持，———支撐框上固定一殼體，殼體分別通過與第一速度或位移傳感器相對(duì)的第一定位件和與第二速度或位移傳感器相對(duì)的第二定位件連接到支架上。
11.如權(quán)利要求10所述的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，其特征在于，第一附加材料固定在頂部彎管附近的第一管段上，大約在此處產(chǎn)生第三振動(dòng)模式的波節(jié)，以及第二附加材料固定在相對(duì)于對(duì)稱軸線對(duì)稱的第二管段上。
12.如權(quán)利要求10所述的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，其特征在于，一補(bǔ)償體固定在平面體附近的相對(duì)作用體上，補(bǔ)償體的縱軸線垂直于對(duì)稱軸線并起動(dòng)態(tài)平衡屬于第三振動(dòng)模式的科里奧利模式的作用。
13.如權(quán)利要求10所述的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，其特征在于，所述兩平面體和所述第一定位件具有沿著所述對(duì)稱軸線的第一凹槽，所述兩平面體、第二定位件和相對(duì)作用體具有沿著對(duì)稱凹槽的第二凹槽，形成相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)部。
14.如權(quán)利要求10所述的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)部設(shè)計(jì)成普通旋轉(zhuǎn)接頭。
15.如權(quán)利要求10所述的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，其特征在于，第一、第二、第三和第四夾持體具有相同質(zhì)量。
16.如權(quán)利要求10所述的科里奧利質(zhì)量流速/密度傳感器，其特征在于，殼體由平面金屬薄板構(gòu)成并且包括-具有第一中間平面的前薄板；-具有第二中間平面的后薄板；-具有第三中間平面的頂部薄板；-具有第四中間平面的第一側(cè)薄板；以及-具有第五中間平面的第二側(cè)薄板，——第一中部平面平行于所述第一管段，——第二中部平面平行于所述第二管段，——第三中部平面垂直于所述平面，——第四和第五中部平面平行于所述平面體，以及——后薄板通過定位件緊固在所述支架上。
全文摘要
一種具有單彎曲測(cè)量管的質(zhì)量流速/密度傳感器,包括一單V形管(1),該V形管在一平面內(nèi)彎曲并具有流入段(11)、流出段(12)、流入彎管(13)、流出彎管(14)、頂部彎管(15)和在流入彎管和流出彎管之間的相應(yīng)管段(16、17)。因此,頂部彎管的頂部和流入/流出軸線之間的距離可以任意加大;盡管如此,還是可以獲得高測(cè)量精度,如精度為±0.5%。兩夾持體(2、3)夾持在管段上用于限定形成測(cè)量管的管段的測(cè)量長(zhǎng)度。相應(yīng)的平面體(31、32)固定在夾持體(2、3)上。相對(duì)作用體(41)固定在平面體上,相對(duì)作用體(41)沿對(duì)稱軸線(I－I)延伸到頂部彎管上,在此處,頂部彎管支撐以相關(guān)固有頻率為f
文檔編號(hào)G01F1/84GK1346048SQ01116599
公開日2002年4月24日 申請(qǐng)日期2001年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月1日
發(fā)明者沃爾夫?qū)さ吕漳? 阿爾弗雷德·里德爾, 阿爾弗雷德·文格爾, 賴納·洛倫茨 申請(qǐng)人:安德雷斯和霍瑟·弗羅泰克有限公司