有波紋流動管的科裡奧利(Coriolis)流量計的製作方法

2023-10-20 05:41:07 5

專利名稱：有波紋流動管的科裡奧利(Coriolis)流量計的製作方法
技術領域：
本發明的領域本發明涉及科裡奧利(Coriolis)流量計，具體地說，涉及有波紋流動管的科裡奧利(Coriolis)流量計。
背景技術：
本技術中已經知道直管型科裡奧利(Coriolis)質量流量計。它們可以由有單一直流動管，圍繞著該流動管的一個圓柱平衡管以及一個靜止的較大的外殼的流量計構成，該外殼包圍著該流動管和該平衡管。在每一端由一根支柱杆把平衡管剛性地固定到流動管上。厚的端板把外殼以它的每一端固定到流動管上。流動管越過外殼端部伸展，並被法蘭連接到管線上。流量計外殼對於被包圍在外殼中的流量計元件提供了物理上的保護。這些元件可以包括敏感的裝置，比如驅動器、傳感器和有關的電子元件。希望在物理上保護這些元件不受流量計使用的環境的影響。有利地由足夠厚的相對較強的材料製成的外殼提供了這種保護。
在使用時，用電機械方法使流動管振動，相對於平衡管移動相位，設置平衡管用來減小可能與單一的非平衡的流動管有關的振動。這些振動把科裡奧利(Coriolis)加速度施加到通過該流動管流動的物料上。對科裡奧利(Coriolis)加速度的反作用力對流動管的振動模式的形狀造成一個小的變形。連接到流動管上或與流動管有關的傳感器測量此變形。這些傳感器可以為速度型的或者為位移型的。物料流速與由位置沿著直流動管的長度的兩個這樣的傳感器所產生的信號之間的時間延遲或相位延遲成正比。也可以使用單一的傳感器。把傳感器的輸出信號施加到電子裝置上，該電子裝置得出所需要的對於流動管中的物料的信息，比如質量流速。
也已經知道雙直管型科裡奧利(Coriolis)流量計。這些流量計與單直管流量計類似，區別只是它們有與第一流動管平行的一個第二流動管。此第二流動管代替了單流動管流量計實施例的平衡棒。把兩個流動管在它們的端部連接到流動分流歧管上，該分流歧管在兩個流動管之間分開所接收物料流。雙流動管流量計可以有也可以沒有把流動管彼此連接起來的支柱。雙管科裡奧利(Coriolis)質量流量計的管彼此相對振動移動相位，而不是相對於一個平衡管移動相位。除此以外，它們的工作與單一的直管流量計是相同的。
在兩種類型的直管科裡奧利(Coriolis)流量計中的質量流量測量都取決於由物料流和同時發生的流動管經受的電機械振動所產生的科裡奧利(Coriolis)作用力所造成的流動管的變形或彎曲。常常希望科裡奧利(Coriolis)質量流量計有達到讀數的百分之0.1的精度。為了達到此精度，流動管的變形必須只取決於所產生的科裡奧利(Coriolis)作用力，而不受外部作用力和應力的影響，比如由在流量計的不同部分之間工作溫度的差別所產生的應力。這些應力可能在流動管中產生不希望有的軸向拉伸或壓縮。
軸向拉伸傾向於使流動管變硬，並使它們對所產生的科裡奧利(Coriolis)作用力的響應變弱。這造成由科裡奧利(Coriolis)作用力所產生的真實的流量信息的讀數較低。同樣，軸向的壓縮使流動管變軟，造成所產生的科裡奧利(Coriolis)流量信息的讀數較高。在傳統上，直管科裡奧利(Coriolis)流量計的製作已經使外殼的端部特別硬，從而由外面施加的負載所產生的作用力被剛硬的外殼端部傳遞到外殼上，而不會傳遞到流動管上。這成功地把流動管與外部負載隔離開，但是，外殼和外殼端部的硬度造成由流動管的熱膨脹/收縮和在流動管與流量計之間的溫度差產生的問題。
在直管科裡奧利(Coriolis)流量計中，在流動管中的物料與流量計外殼外面的空氣之間常常存在的溫度差可能使流動管有不同於殼體的溫度。這造成流動管的熱膨脹的數量與外殼的不同。剛硬的外殼端部限制此不同的膨脹，並產生一個軸向作用力，此作用力在軸向上壓縮(或拉伸)流動管，在流動管中造成高的軸向應力，並造成所顯示的流速有誤差。
因此，流動管與它的外殼之間的溫度差造成在流動管上的軸向應力，或者是軸向的壓縮，或者是軸向的拉伸。除了影響流量計精度以外，這些應力可能超過構成流動管的材料的屈服應力。軸向的拉伸應力可能把流動管與外殼端部剪切開，或可能剪切流動管自身。應力也可能使流動管材料永久變形，從而永久地改變它的校正因子，並使它變得無用。例如，如果不鏽鋼流動管為20英寸長，並比外殼熱200華氏度(F°)，它將比外殼多膨脹0.036英寸。如果外殼和外殼端部是相對較硬的，此膨脹可能在流動管中產生每平方英寸大約50000磅的壓縮應力。此應力可能足夠高，使流動管屈服或變形。當流動管比外殼更冷時，存在類似的情況，區別只是應力是拉伸而不是壓縮。
在傳統上使用兩種裝置來減小由熱引起的應力。它們中最常用的是用熱膨脹係數比製作外殼的材料低的材料製作流動管。典型地使用鈦來製作流動管，因為鈦的熱膨脹係數低，並有好的耐腐蝕能力。不鏽鋼的熱膨脹係數大約為鈦的兩倍，用它來製作外殼。由較熱(在此示例中)的流動管流入的熱量和到較冷的大氣的熱量損失確定外殼的溫度。通過適當地設計由流動管到外殼的導熱路徑，把流量計設計成使外殼的平衡溫度為物料流溫度與周圍空氣溫度之間的中點。因為外殼的膨脹係數是流動管的兩倍，這造成流動管的軸向應力，此應力與流體的溫度無關。然而，在管與外殼之間的熱膨脹係數的差別確保了管的應力現在是周圍溫度的函數。在熱的天氣下，外殼將比管膨脹得更多，造成管拉伸，而在冷的天氣下，外殼將比管收縮得更多，造成管壓縮。這種對熱應力的固定只是用對流體溫度的靈敏度換取對周圍溫度的靈敏度。
用不同的材料製作外殼和流動管的另一個重要的問題是製作成本。鈦是昂貴的，並且難以加工。不能用傳統的過程把它焊接到不鏽鋼上，只能很困難地把它銅焊到不鏽鋼外殼上。
另外的廣泛使用的減小熱引起的管應力的方法是設計一種進入流動管的幾何應變釋放裝置。彎曲管流量計屬於這一類。它包括流動管為U形、V形以及有非直管的所有其它不規則形狀的流動管的流量計。在直管流量計的情況下，應變釋放裝置傳統上位於外殼端部與靠近外殼端部的支柱杆件之間。在此位置，流動管在動力學上是不活動的，因此，應變釋放裝置的本質不影響流動管的振動部分的動力學。所使用的應變釋放裝置的各種設計中有O環、滑動接頭、金屬波紋管以及流動管直徑的縮小，它起一個薄膜的作用。這些應變釋放裝置的方法適當地起到了它們預想的功能，但是它們有它們自己特殊的問題。
採用波紋管和滑動接頭設計的主要問題是它們不容易清洗。這是一個重要的問題，它在於可清洗能力是客戶選擇直管流量計的最通常的原因之一。採用靠近管端使流動管直徑收縮用作應變釋放裝置的流量計常常有流體壓力降較大的缺陷。也有其它的幾何形狀設計，但是，它們都有缺點，比如可清洗能力、壓力降或排放能力。
上面討論了與流動管與包圍的外殼之間的熱應力有關的問題。在有固定到流動管上的平衡管的單一流動管流量計中，就溫度差和熱應力而言，平衡管與流動管之間的關係與外殼與流動管之間的關係相同。通常靠平衡管的端部把平衡管剛硬地固定到流動管上。因此，流動管與平衡管之間的膨脹問題與上面描述的在流動管與外殼之間的膨脹問題相同。
也應該認識到，雖然有多種技術用來使有厚的不易彎曲的外殼的流量計的流動管膨脹/收縮問題變得最小，但是，沒有一個沒有缺陷。特別是，熱梯度和環境溫度改變的問題依然沒有解決。
解決方案本發明克服上面描述的問題，並在本技術中得到一個進展，這是通過提供一種流量計實現的，在其中流動管的幾何形狀使它們在動力學上活動的區域在軸向上是柔性的。流動管的軸向上的柔性使它們可以在軸向上相對於流量計外殼和平衡管(當存在時)收縮和膨脹，從而減小了在流動管上的軸向應力。這使得流動管，流量計外殼和平衡管可以用相同的材料製作。進而，通過在流動管的動力學上活動的區域設置柔性區域，可以把流量計做成關於測量流量和密度有更高的精度。
本發明的流動管比先有技術的流動管獲得更大的軸向柔性，這是通過在它們的動力學上活動的區域而不是在它們的動力學上不活動的區域的波紋形狀實現的。這些波紋部分類似於在通常不鏽鋼管道中的波紋部分，在於在管道的軸向方向上出現管道直徑的周期性的增大和減小。波紋部分提高了流動管的軸向柔性，這是通過把流動管壁由於純的拉伸或壓縮而產生的軸向的變形，如在直壁流動管中所看到的那樣，改變成壁的彎曲加上大大降低了的拉伸和壓縮實現的。帶波紋的流動管的壁的彎曲是不對稱的，這使得當在軸向上變形時流動管仍保持是直的。
因此，帶波紋的流動管解決了熱應力問題，這是因為有比流動管較低溫度的包圍的流量計外殼和/或平衡杆可以在軸向上壓縮帶波紋的流動管，而不產生足以損壞流動管或明顯改變流量靈敏度的應力。同樣，比流動管溫度高的包圍的流動管外殼和/或平衡管可以在軸向上拉伸帶波紋的流動管，而不會損壞或改變靈敏度。
在流動管的動力學上活動的區域的波紋部分有進一步的好處比傳統的流動管提高了對物料流量的靈敏度。帶波紋的管除了可以用非常小的作用力在軸向上壓縮並且沒有永久變形以外，它可以以非常小的作用力彎曲，並且沒有永久變形。在彎曲時使流動管變軟對流量計的靈敏度有三個效應。這些效應中的兩個彼此抵消，而第三個效應提高了流量靈敏度。一個帶均勻波紋的流動管降低了剛硬度，這造成較低的驅動頻率。頻率降低有兩個效應。第一，它降低了對於一個給定的物料流速的科裡奧利(Coriolis)作用力。科裡奧利(Coriolis)作用力正比於管的角速度。流動管頻率的降低減小了角速度和科裡奧利(Coriolis)作用力。作用力減小造成(流動引起的)管的變形的減小。流動引起的管的變形的減小造成被兩個流動管傳感器產生的信號之間的時間延遲的減小，此外，頻率的降低也造成管速度的減小。管速度的減小造成對於給定的管變形較長的時間延遲。結果是管速度減小(時間延遲增加)和科裡奧利(Coriolis)作用力減小(時間延遲減小)的效果彼此抵消，造成在傳感器之間的時間延遲(流量信號)與頻率無關。
波紋對流量計靈敏度的第三效應是更容易彎曲造成對所產生的科裡奧利(Coriolis)作用力有更大的響應。淨效果是帶波紋的流動管的流量計對物料流的靈敏度比帶有傳統的流動管的流量計的靈敏度明顯地大。驅動頻率降低的效果被管速度減小的效應抵消。然而，管對科裡奧利(Coriolis)作用力的響應提高造成流量計靈敏度的淨提高。
波紋部分沿著流動管的位置不需要是均勻的，並且，實際上，波紋部分的位置不均勻有若干好處。沒有物料流時由驅動振動產生的流動管的變形的形狀作為驅動模式形狀。它有兩個點被稱為拐點，流動管曲率的方向在這些點改變。對於圍繞這些拐點的一個小的區域，沒有曲率，因此，可能不存在彎曲力矩。(在通常為直的管上的一個彎曲力矩總造成一個變彎的管。)因為在驅動模式的拐點沒有彎曲力矩，波紋部分可以設置在那裡，它們容易彎曲將對驅動模式形狀或流動管驅動頻率幾乎沒有任何影響。然而，在科裡奧利(Coriolis)偏折形狀中，在管上的這些同樣的位置(驅動模式拐點)有很大的曲率和彎曲力矩。因此，在這些位置(驅動模式拐點)的波紋部分造成關於所產生的科裡奧利(Coriolis)作用力的剛硬度減小很多。在物料流動期間，管在驅動模式形狀中周期性地折轉，同時(有90度的相位移動)被科裡奧利(Coriolis)作用力變形。因此，選擇性地把波紋部分設置在對於驅動模式的拐點使流量計有高的驅動頻率和高的科裡奧利(Coriolis)作用力，並且，同時對於科裡奧利(Coriolis)作用力有高的靈敏度。
把波紋部分設置在流動管振動模式拐點處從而對流動管的剛硬度或在該模式中的頻率幾乎沒有影響，或另外設置在流動管的高彎曲點從而對流動管剛硬度和頻率有大的影響，可以利用這些設置來調諧除了驅動模式以外的振動模式。例如，有時在驅動模式的若干倍的頻率將出現一個較高的振動模式。這可能引起對流動信號的幹擾，此流動信號是由在驅動頻率下測量管的變形得出的。這種幹擾可以通過採用在流動管的一個區域的波紋部分移動流動管的頻率之一來避免，在流動管的那個區域，一個模式形狀有高的彎曲，而另一個模式形狀有低的彎曲或是一個拐點。
帶波紋流動管的另一個優點在於使用波紋部分使得可以以較高的精度測量材料密度。科裡奧利(Coriolis)流量計由流動管在驅動模式中的自然頻率測量密度。通過記錄包含兩種密度已知的不同材料(通常為空氣和水)的流動管的自然頻率，對密度校正流動管。隨後，通過由它們的自然頻率內插(或外推)確定另外材料的密度。在空氣與水之間流動管頻率移動大將比小的頻率移動有更高的密度解析度。帶波紋的流動管由于波紋部分增加的包容體積在空氣與水之間有更高頻率移動，因此有比直壁管更高的密度精度。
把波紋部分設置在流動管的動力學上活動的區域的另一個好處在於這樣作使得對於多個波紋部分有足夠空間，而不用增加流量計的長度。多個波紋部分容許每個波紋部分較小，因為每個波紋部分需要容納較少的軸向彎曲量。例如，如果由於熱的差別流動管要膨脹/收縮一個給定的數量，並且，如果想釋放由於此熱膨脹/收縮在流動管上的軸向應力，那麼，應該認識到必須被每個波紋部分容納的膨脹/收縮的數量與能用來容納膨脹/收縮的波紋部分的數量有關。這些多個小波紋部分的特徵在於，大直徑與小直徑之間的差別比較大的波紋部分的差別要小。這種較小的差別使得清洗管的能力更好，並且，壓力降比有少數大波紋部分的管要小。
附圖的簡要描述通過閱讀下面的與附圖聯繫起來的詳細描述可以更好地理解本發明的這些和其它優點和目的，在附圖中

圖1示出了有波紋的直管科裡奧利(Coriolis)流量計；圖2示出了有波紋流動管的雙直管科裡奧利(Coriolis)流量計；圖3和4示出了有一對基本上為U形的波紋流動管的科裡奧利(Coriolis)流量計，這些流動管只在流動管的一部分上有波紋；圖5示出了一種科裡奧利(Coriolis)流動管，它有帶波紋的外部和平滑的沒有波紋的內部；
圖6和7示出了圖1所示直的科裡奧利(Coriolis) 流動管可能出現的振動模式中的某些的模式形狀。
詳細描述圖1示出了有波紋流動管110的科裡奧利(Coriolis)流量計100，它被一個圓柱形平衡杆104和外殼103包圍著，外殼103圍繞著平衡杆104和流動管110。流動管110的端部穿過外殼端部108伸展，並被固定到法蘭109上，這些法蘭進而可以被固定到流動系統(未畫出)上。流動管有一個入口114和一個出口116。短管111把入口114連接到流動管110的端部112上，而短管111把出口116連接到流動管110的端部117上。把端部112剛硬地固定到外殼端部108和平衡杆104的端部113上。把端部117剛硬地連接到外殼右端108和圓柱形平衡杆104的右端113上。
把與傳感器S1、S2和驅動器D有關的磁鐵M裝到流動管110上。導體124、125和126分別把傳感器件S1、S2和驅動器件D連接到流量計電子裝置102上，此電子裝置包括已經熟知的電路，此電路是通過路徑125把驅動信號加到驅動器D上和通過路徑124和126接受表示流動管110的科裡奧利(Coriolis)振動的傳感器信號所需要的。流量計電子裝置102接受傳感器信號，並以一種已經知道的方式得出關於通過流動管110的物料流動的信息。此信息可以包括物料密度、體積流速以及物質流速，並把此信息加到路徑123上。
在流量計100工作時，在流動管110、周圍的圓柱形平衡杆104與周圍的圓柱形外殼103之間可能出現熱的差別。這些熱的差別可能在流動管110中引起軸向應力，這是因為要相對於這些熱的改變使平衡杆104和/或外殼103試圖膨脹/收縮的數量，流動管要膨脹/收縮。平衡杆104的厚的端部113和外殼103的厚的端部108阻止流動管110在軸向上相對於平衡杆104和外殼103膨脹/收縮。例如，平衡杆104的厚的端部113防止流動管110有與平衡杆104不同的軸向長度。關於流動管110的長度與外殼端部108之間的關係有同樣的情況。流動管任何要在軸向上膨脹/收縮的數量與平衡杆104和/或外殼端部108的數量不同的企圖都會在流動管110上產生一個軸向的應力。波紋部分106大大減小了此應力，這些波紋部分在軸向上彎曲，從而使流動管110可以保持與平衡杆104的端部113和外殼103的殼端部108相同的長度。波紋部分容許流動管110與平衡杆104和外殼103一致地膨脹/收縮，大大消除了在流動管110上的軸向應力。
對圖2的描述圖2示出有包含在外殼103中的一對直的帶波紋的流動管203和204的流量計200。兩個流動管203和204在頂點206處連接起來，形成一個入口112。兩個流動管在頂點207處連接起來，形成一個出口117。入口112和出口117的終端為法蘭109。把入口部分112連接到外殼的左端108，而把出口部分117裝到外殼的右端108上。在左邊進入入口114的物料流流向右邊，遇到頂點206，在那裡分開，並流過流動管203和204。流動管203和204的輸出在頂點207匯合，並流過流動管部分117到達出口116和法蘭109。在圖1和2中，流動管短管111把外殼端部108與法蘭109連接起來。流動管200也包括傳感器S1和S2以及驅動器D，連同與它們共同工作的磁鐵M。未畫出把傳感器和驅動器連接到可以與圖1的流量計電子裝置102相比較的流量計電子裝置上的導電路徑，為的是減小圖的複雜性。流動管203和204的在動力學上活動的部分是在支柱杆221與222之間的部分。流動管的靜止部分是支柱杆221的左邊和支柱杆222的右邊。
對圖3和4的描述圖3和4示出了有一對基本上為U形的流動管309和309A的科裡奧利(Coriolis)流量計300。關於圖3，流動管309有一個頂部件310和一對側部腿307和308。頂部件包括一個左波紋部分303和一個右波紋部分304。左側腿包括一個下面的直的部分312、連接到直的部分312的下端上的一個支柱杆302以及把支柱杆302的下部與歧管311的上表面彼此連接起來的一個直的部分305。右側腿包括與左側腿相應的部件，這些包括一個直的部分313、一個支柱杆302以及把右支柱杆302的下表面與歧管311的上表面彼此連接起來的一個直的部分306。如在圖3和4中所示的那樣，把傳感器S1和S2與驅動器D一起連接到流動管309和309A上。短管111把歧管311的端部與法蘭109連接起來，法蘭可以把流量計300連接到一個流動系統(未畫出)上。
在圖4中，後部流動管309A有與上面對於圖3中的流動管309描述的部件相應的部件，區別只是在圖4中的每個後部流動管有後綴A。
在圖3和4中，波紋部分303、303A、304和304A增加了上部件309、309A的可變形能力，使它們更能彎曲，並對當驅動器D使流動管振動時由同時存在的物料流所產生的科裡奧利(Coriolis)作用力更敏感。
流動管的在支柱杆302上面的部分為流動管的活動部分；流動管部分305、306、305A和306A為流動管的靜止部分。在使用時，如在本技術中已知的那樣，驅動器D使流動管310和310A振動，關於作為樞軸點的支柱杆302彼此相對移動相位。圖3的歧管311在圖4中略去了，為的是使圖簡單。然而，應該理解到，在使用時，物料通過左法蘭109進入流量計300和流量計的短管111，繼續進入歧管311，歧管使收到的物料流分開並通過流動管309、309A平行地流動。物料流流出流動管，並再次進入歧管311，在歧管中它們結合在一起，並繼續通過右側流動管短管111和右側法蘭109流出。
波紋部分303、304、303A和304A增加了用於檢測科裡奧利(Coriolis)振動的流動管的上部件309、309A的柔曲能力。波紋部分位於對於驅動頻率模式彎曲應力低的位置，因此，它們對驅動頻率幾乎沒有影響，只是由於稍微增加了質量而使驅動頻率稍微降低一點。然而，如下面將詳細描述的那樣，對於流動管由於科裡奧利(Coriolis)作用力的變形來說，波紋部分303和304為應力高的位置。波紋部分303和304在流動管309和309A上的位置使得可以增加流動管關於所產生的科裡奧利(Coriolis)作用力的彎曲能力。這種提高了的科裡奧利(Coriolis)效應的靈敏度造成發自傳感器S1和S2的信號的振幅提高。這使得有關的流量計電子裝置102(圖1中的)可以產生精度提高的物料流信息。
對圖5的描述圖5示出了一種科裡奧利(Coriolis)流動管501，它有帶波紋的外部502和平滑的沒有波紋的內部504。流動通道504是平滑的，這是因為用一種有低彈性模量的材料充滿流動通道504的壁的外面與流動管的內壁部分508之間的在流動管501裡面的空間。低彈性模量的材料(比如橡膠)使得波紋部分可以以非常小的限制在軸向上膨脹和收縮。此種材料充滿流動管501的內部503，並且它在波紋區域為內波紋。這種材料也充滿在通道504的外表面與外壁508的內表面之間的空間507。
圖5的實施例提供了一個流動通道504，它是平滑的，從而使它的清洗對於流動管的內部必須定期清洗的應用來說變得容易。這在食品加工工業中是重要的，在那裡一個流量計可能用於不同物料的流量測量。在這些應用中，在一種材料的加工結束時在另一種材料的加工之前清洗流量計是重要的。圖5的實施例滿足了這一要求，這是靠提供了一種帶波紋的流動管501，它包括一個平滑的流動通道504，此通道被在流動管501的內部503和507的一種柔性材料包圍著。圖5的實施例提供了平滑的內部流動通道504，同時保持了波紋部分502的優點，使得流動管501可以與圖1的流動管110相同的方式變形。流動管501在軸向上是柔性的，從而它可以保持一個固定的總軸向長度，同時可以經受寬範圍的熱操作條件。
對圖6和7的描述圖6示出了一個直的流動管比如圖1的110的前三個振動模式。第一或驅動模式以件601示出。件602代表第二振動模式，此模式在形狀上與科裡奧利(Coriolis)偏折模式非常類似。件603代表第三振動模式。關於件601，流動管110在流動管段604和605有波紋部分620和621。把流動管段608連接到驅動器D(在圖6中未畫出)上，此驅動器接受來自相關聯的電子裝置102的驅動信號，該電子裝置在圖1中示出而在圖6中未示出。這些驅動信號使流動管以由件601描繪的第一彎曲模式或驅動模式振動。在此模式，流動管110有最大偏轉點608和拐點604和605。這些拐點是管的曲率改變符號的位置。它們基本上是直的，並且在被+號表示的拐點的中心的每一側對於一個小的距離是沒有彎曲力矩的。最大偏轉點608靠近虛線631與流動管110的交點。流動管110的右側也有拐點605，此點靠近虛線632與流動管110的交點。流動管110在代表一個拐點的+號的每一側的一個小距離內基本上是直的。因為靠近拐點605和604的流動管110相對而言是沒有彎曲力矩的，所以靠近拐點604和605的波紋部分620、621對驅動頻率幾乎沒有任何影響。
件602描繪了由驅動器D施加的驅動模式振動和通過流動管110的物料流的同時存在所造成的流動管110的科裡奧利(Coriolis)偏折模式的形狀。由件602描繪的科裡奧利(Coriolis)偏折模式的形狀與件601相比被大大地誇大了，因為科裡奧利(Coriolis)偏折模式的振幅比驅動振動模式小得多。關於科裡奧利(Coriolis)偏折模式的形狀602，606段是彎曲的，而609段是直的，並且沒有彎曲力矩，611段是彎曲的。彎曲段606和611經受最大的彎曲力矩，並因此波紋部分620和621使流動管110變軟，增加了它的彎曲柔性。這提高了流動管110對所產生的科裡奧利(Coriolis)作用力的折轉靈敏度。這進而增加了來自傳感器S1和S2(圖1)到流量計電子裝置102的信號，使得它產生精度更高的物料流量信息。
前面已經描述了靠近流動管與虛線632和633交點的波紋部分的位置。在圖6中，件601的驅動頻率不受影響，這是因為波紋部分620、621處於流動管的直段604、605。這一位置提供了件602的最大的科裡奧利(Coriolis)靈敏度，因為波紋部分620、621處於科裡奧利(Coriolis)響應的最大彎曲段606和611。
圖6的件603示出了流動管110的第三振動模式的偏折形狀。在件603中，波紋部分620、621的位置對第三振動模式幾乎沒有任何影響，這是因為波紋部分處於流動管響應的平直段607、612。
在使用科裡奧利(Coriolis)流量計中有時會出現一個高頻振動模式處於圍繞流量計的周圍振動的頻率，或接近此頻率。這些周圍振動可能來自泵或工廠機械裝置，並常常為60Hz(在歐洲為50Hz)電源頻率的倍數。管的自然頻率與周圍振動的這種重合是不希望的，並可能在科裡奧利(Coriolis)流量計的流動管中引起不希望的振動。這可能對流量計所產生的流量信息的精度有負面的影響。先有技術裝置採用特殊裝置比如衝擊吸收器和類似裝置來把科裡奧利(Coriolis)流量計與這些不希望的振動隔離開。
本發明使得可以在流動管上採用選擇性定位的波紋部分，來調諧流動管的振動頻率，使得它的較高模式與周圍振動的頻率不重合。這在圖7中示出，其中把波紋部分720和721的位置設置成使得它們改變流動管110的振動的第三模式的頻率，如由件703所示出的那樣。
假設由件703示出的流動管110響應為與通常的周圍噪音(300Hz)相同的頻率，並假設希望移動流動管的頻率使由於把不希望的振動施加到第三振動模式703上而產生的周圍噪音減到最小。在這種情況下，把波紋部分720、721設置在線732和733與流動管110相交的位置。701的驅動頻率被降低一些，這是因為現在波紋部分720、721靠近流動管的彎曲段。關於件702，在706和711的波紋部分對科裡奧利(Coriolis)靈敏度幾乎沒有影響，這是因為它們出現在拐點。關於件703，波紋部分720、721位於流動管曲率和彎曲力矩的峰值處707和712。這使流動管在此振動模式中變軟，並降低該模式的自然頻率(280Hz)，與在圖6中與虛線634和635相關聯的流動管位置相比，更好地把它與周圍噪音有關的頻率(300Hz)隔離開。
可以很快地理解到，提出權利要求的發明不限於對優選實施例的描述，而是包括在本發明概念的範圍和精神內的其它改型和改變。
權利要求
1.一種科裡奧利(Coriolis)流量計，它有流動管裝置，用來使所述流動管裝置(110)振動的驅動裝置(D)，和連接到所述流動管裝置用來檢測由通過所述振動的流動管裝置的物料流所產生的流動管科裡奧利(Coriolis)偏轉的傳感器裝置(S1，S2)，所述傳感器裝置響應流動管的科裡奧利(Coriolis)偏轉，產生出關於所述物料流量的輸出信息；所述科裡奧利(Coriolis)流量計還包括所述流動管裝置有一個靜止部分，並有一個被所述驅動裝置振動的活動部分；裝到所述流動管裝置的所述靜止部分的安裝裝置(113)，用來保持所述靜止部分在所述流動管裝置的所述活動部分振動期間基本上不運動；在所述流動管裝置的所述活動部分上的波紋部分(620、621)，用來改變所述流動管裝置的至少一個振動模式的振動特徵；其特徵在於，所述波紋部分處於一個或多個流動管段(606)，這些段在一個振動模式形狀中有相當大的彎曲力矩，改變了該模式的所述振動特徵；以及所述波紋部分同時處於在一個振動模式形狀中有低的彎曲力矩的流動管段(604，605)，該模式的所述振動特徵沒有被改變。
2.按照權利要求1中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其特徵在於，所述流動管裝置為單一的流動管(110)。
3.按照權利要求1中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其特徵在於，所述流動管裝置包括多於一個的流動管(203、204)。
4.按照權利要求1中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其特徵在於，所述流動管裝置基本上是直的。
5.按照權利要求1中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其特徵在於，所述流動管裝置(110)有不規則的形狀，並在它的活動部分中有至少一個彎曲段。
6.按照權利要求1中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其特徵在於，所述流動管裝置(309)基本上為U形。
7.按照權利要求1中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其特徵在於，所述流動管裝置(110)包括所述波紋部分，用作它的活動區域的基本上整個長度。
8.按照權利要求1中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其特徵在於，所述流動管裝置(309)包括所述波紋部分，用作比所述活動部分的整個長度短的一段。
9.按照權利要求1中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其特徵在於，所述流動管裝置在所述活動部分的至少一個振動模式形狀的基本上直的段(604、605)包括所述波紋部分。
10.按照權利要求1中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其特徵在於，所述流動管在所述活動部分的至少一個振動模式形狀的基本上彎曲的段(606、611)包括所述波紋部分。
11.按照權利要求1中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其特徵在於，所述流動管裝置在它的振動驅動模式形狀(601)的一個活動部分的基本上直的拐點段(604、605)包括所述波紋部分，來改變它的振動模式(602)中至少一個另外的模式的振動特徵。
12.按照權利要求1中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其特徵在於，所述流動管裝置在它的振動驅動模式形狀的一個活動部分的基本上彎曲的段(704、705)包括所述波紋部分，來改變它的驅動振動模式和至少一個較高的振動模式(703)的振動特徵。
13.按照權利要求1中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其特徵在於，所述流動管裝置(110)基本上是直的，其特徵還在於，在所述活動部分中的所述波紋部分降低在所述流動管裝置和在所述安裝裝置上在所述流動管裝置可能遇到的改變的熱條件下的軸向應力。
14.按照權利要求13中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其還包括圍繞所述流動管裝置的一個外殼(103)；在所述外殼的每一端上裝到所述流動管裝置的端段(107)上的一個端部件(108)；所述流動管裝置的所述活動部分在所述端部件之間；所述波紋部分(106)的位置沿著所述流動管裝置在軸向上設置，用來減小在所述流動管裝置上的由所述流動管裝置與所述外殼之間的熱差別造成的軸向應力。
15.按照權利要求14中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其還包括所述流動管裝置包括單一的流動管(110)；圍繞所述流動管並位於所述外殼裡面的一個平衡杆(104)；在所述平衡杆上裝到所述流動管上的端部件(113)；所述流動管的所述活動部分在所述平衡杆的所述端部件之間；所述波紋部分(106)的位置沿著所述流動管在軸向上設置，用來減小在所述流動管上的由所述流動管裝置與所述平衡杆之間的熱差別造成的軸向應力。
16.按照權利要求1中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其特徵在於，所述波紋部分(501)確定了所述流動管裝置的一個外表面和所述流動管裝置的一個匹配的內表面，其特徵還在於，所述流動管裝置包括一個襯裡，它在所述流動管裝置的裡面有一個圓柱形的平滑的內表面(504)；所述襯裡包括可變形的材料(503)，此材料佔據所述流動管裝置的所述匹配的的內表面與所述襯裡的所述圓柱形平滑的內表面之間的空間。
17.按照權利要求1中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其特徵在於，所述流動管裝置(309)基本上為U形，其特徵還在於，所述波紋部分(303、304)的位置在所述流動管裝置的一個上部，它包括所述流動管裝置的一個振動驅動模式形狀的一個彎曲應力低的部分。
18.按照權利要求9中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其特徵在於，所述流動管裝置包括在所述流動管裝置的一個振動驅動模式形狀的所述活動部分的彎曲應力明顯低的部分，用來改變另一個振動模式的振動特徵。
19.按照權利要求9中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其特徵在於，所述流動管裝置在所述流動管裝置的一個振動模式形狀(601)的基本上直的段(604、605)，並在所述流動管裝置的較高的振動模式形狀(603)的基本上直的部分(607、612)和一個科裡奧利(Coriolis)偏轉模式形狀(602)的一個彎曲段(606、611)包括所述波紋部分。
20.按照權利要求1中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其還包括所述流動管裝置包括第一基本上直的流動管(110)，它有一個不能運動的靜止部分，並有一個被所述驅動裝置振動的活動部分；圍繞所述流動管的一個外殼(103)；在所述外殼裡面並圍繞所述流動管的一個平衡杆(104)；在所述外殼的每一端上帶有裝到所述流動管的一個不同的端部上的每個外殼端部的一個外殼端(108)；在所述平衡杆的每一端上帶有裝到所述流動管的一個不同的端部件上的所述平衡杆的每個端部件的一個端部件(113)；在所述流動管的所述活動部分上的波紋部分(620、621)，用來改變所述流動管的振動特徵；所述波紋部分處於一個振動模式形狀(602)中有相當大的彎曲力矩的一個或多個流動管段(606、611)，改變了該模式的所述振動特徵；所述波紋部分同時處於在一個振動模式形狀(601)中有低的彎曲力矩的流動管段(604、605)，該模式的所述振動特徵沒有被改變；在所述流動管關於所述平衡杆的熱改變期間，所述波紋部分有效地把所述流動管保持為由所述平衡杆的軸向長度確定的軸向長度。
21.按照權利要求1中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其還包括每個所述流動管裝置包括第一(203)和第二(204)基本上直的流動管，它們的位置基本上彼此平行，並有一個不能運動的靜止部分，並有一個被所述驅動裝置振動的活動部分；裝到安裝裝置(113)上的所述流動管的所述靜止部分，用來保持所述靜止部分在所述流動管的所述活動部分振動期間不運動；圍繞所述第一和第二流動管的一個外殼(103)；在所述外殼的每一端上帶有裝到每個所述流動管的一個不同的端部上的每個外殼端部的一個外殼端(108)；在所述流動管的所述活動部分上的波紋部分，用來改變所述流動管的振動特徵；所述波紋部分(620、621)處於一個振動模式形狀(602)中有相當大的彎曲力矩的一個或多個流動管段(606、611)，改變了該模式的所述振動特徵；所述波紋部分同時處於在一個振動模式形狀(601)中有低的彎曲力矩的流動管段(604、605)，該模式的所述振動特徵沒有被改變；在所述流動管裝置關於所述外殼的熱改變期間，所述波紋部分有效地把所述流動管保持為由所述外殼的軸向長度確定的軸向長度。
22.按照權利要求1中所述的科裡奧利(Coriolis)流量計，其特徵在於所述波紋部分(106)在所述流動管裝置的所述活動部分的基本上整個長度上，用來改變所述流動管裝置的振動特徵。
全文摘要
一種科裡奧利(Coriolis)流量計,其有在流動管的動力學活動部分帶有波紋部分的流動管。這些波紋部分增加了流動管的變形能力,從而它們對所產生的科裡奧利(Coriolis)作用力有更大的響應。這提高了流量計的靈敏度。 在直的流動管中的波紋部分也降低了在流動管上當它的軸向長度被流動管的端部裝到其上的一個圍繞的外殼或平衡杆限制時由熱引起的應力。波紋部分可以在流動管上選擇性地設置,控制流動管對於基驅動模式以及它的諧振模式的振動響應。
文檔編號G01F1/84GK1258348SQ98805655
公開日2000年6月28日 申請日期1998年3月18日 優先權日1997年5月30日
發明者C·B·范克萊弗 申請人:微動公司