專利名稱：一種薄壁直管科里奧利質量流量計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于科里奧利質量流量計。
流量測量是工業(yè)生產和商業(yè)計量中的一個重要參數，通常比較容易測得一個容積流量，然而很多情況更需要連續(xù)地、高精度地測量質量流量，于是只能在此基礎上進一步檢測出流體介質的溫度、壓力或者密度，對容積流量進行補償修正運算，間接確定質量流量，因此，測量精度比較低。
近年來，美國Micro motion公司首先研制出U型管科里奧利流量計，隨后西德Endress+Hauser公司又推出直管式科里奧利流量計，它們不需要任何補償修正即能直接測出質量流量。
科里奧利流量計實現流量測量，是基于檢測流體流過振動著的測量管時，產生的科里奧利力造成測量管的微小變形。由于減小測量管壁厚度提高變形量與測量管自身所能承受壓力之間相互矛盾，因此現存的各種管型結構限制了科里奧利流量計計量靈敏度的提高，不能適用于密度較低的介質。
本發(fā)明的目的旨在提供一種能解決上述問題的，不但適用于高密度介質測量，更適用于低密度介質測量的薄壁直管科里奧利流量計。
本發(fā)明是由基體、測量管、振蕩驅動裝置、檢測傳感元件和信號處理單元所組成，其特征在于在測量管〔3、3’〕外側增設護管〔4〕，測量管〔3、3’〕、護管〔4〕與基座〔2、2’〕固定連接，在測量管〔3、3’〕與護管〔4〕之間形成一個密封腔室并充灌密封液體，如硅油。測量管還可以采用單直管〔3〕。
如圖1所示，增設的護管〔4〕套在測量管〔3、3’〕外側，護管〔4〕兩端與基座〔2、2’〕固定連接。由于在測量管〔3、3’〕外側增設了護管〔4〕，把原先由測量管〔3、3’〕獨自承擔的感受科里奧利力產生的形變和承受流體工作壓力的兩個功能分解為由測量管〔3、3’〕和護管〔4〕分別承擔，這樣可以用增加護管〔4〕壁厚的方法提高護管〔4〕的強度，從而保證了科里奧利流量計能夠在較高的工作壓力下正常工作。由于測量管〔3、3’〕外側增設了護管〔4〕，為使科里奧利力作用下測量管〔3、3’〕變形較大，提高測量靈敏度，測量管〔3、3’〕壁可以做得很薄，壁厚可達0.1mm，測量管壁厚度與管徑之比為1∶50-1∶150。
平行雙直管式流量計采用的振蕩驅動裝置是由普通推挽式驅動電路和分別安裝在兩根測量管〔3、3’〕夾縫側中央位置的電磁線圈〔5〕和永久磁鋼〔6〕組成。當電磁線圈〔5〕通以交變電流時，由于電磁線圈〔5〕和永久磁鋼〔6〕的相互作用，便帶動兩根測量管〔3、3’〕產生正弦振蕩。
單直管式流量計采用的振蕩驅動裝置是由推挽式驅動電路〔I〕、電磁鐵〔8、8’〕、環(huán)形銜鐵〔7〕組成。測量管〔3〕兩端分別與基座〔2、2’〕固定連接，在測量管〔3〕的外側中央位置套有用矽鋼片繞制的環(huán)形銜鐵〔7〕，并在護管〔4〕外側中央位置與環(huán)形銜鐵〔7〕上下對應安裝兩個電磁鐵〔8、8’〕，電磁鐵〔8、8’〕的激磁繞組L1連接在推挽式驅動電路〔I〕中BG3集電極與電源正極(+E)之間，L2連接在BG4發(fā)射極與電源負極(-E)之間。電磁鐵〔8、8’〕的激磁繞組分別接收推挽式驅動電路〔I〕輸出的正半周或負半周交流信號，交替的吸合釋放環(huán)形銜鐵〔7〕，帶動測量管〔3〕，產生機械振蕩。
在測量管〔3、3’〕兩端靠近基座〔2、2’〕根部位置分別設置檢測傳感元件，檢測傳感元件可以采用彎曲變形壓電檢測傳感元件〔9、9’、10、10’〕，也可以采用安裝在測量管〔3、3’〕內側的兩片厚度變形壓電檢測傳感元件，單直管式流量計只采用彎曲變形壓電檢測傳感元件〔9、9’、10、10’〕，用于檢測測量管的變形。檢測傳感元件可以采用高居里溫度點的壓電材料，如鈮酸鋰等，這樣有利于擴展流量計的高溫適應范圍。在單直管式科里奧利流量計中(見圖2)，振蕩驅動裝置去除了永久磁鐵，也有利于流量計溫度特性的進一步提高。
薄壁直管科里奧利質量流量計的信號處理單元由信號放大器〔12、13〕、邏輯運算器〔14〕、振蕩器〔15〕、計數器〔16〕和D/A轉換器〔17〕組成，邏輯運算器〔14〕進行Vi、Vi’和CP三個信號相與的邏輯運算，Vi’的非運算也可以在信號放大器〔12〕中實現。具體地說，測量管〔3、3’〕兩端的檢測傳感元件輸出的兩組信號Vi和Vi’先分別經信號放大器〔12、13〕進行放大整形為上升沿很陡的，與輸入信號相位相同的方波Vi和Vi’，然后與振蕩器〔15〕產生的時鐘脈沖CP，同時送入邏輯運算器〔14〕，由邏輯運算器〔14〕完成Vi和CP以及Vi’相與的邏輯運算。邏輯運算器〔14〕的輸出端Y在單位時間內輸出的脈沖數n，就代表了兩路信號的時間差，也即代表了被測質量流量的大小，此脈沖送入D/A轉換器〔17〕可變成摸擬量輸出，送入計數器〔16〕計數，便可求解某一段時間內的累計流量。Vi’的非運算也可以在信號放大器〔12〕中通過改接反向輸入端來實現，這樣送入邏輯運算器〔14〕前就實現了非運算，邏輯運算器〔14〕則可以進一步簡化為一個三輸入端與門。
薄壁直管科里奧利質量流量計的基座〔2、2’〕上各自焊接一片法蘭〔1、1’〕，基座〔2、2’〕和法蘭〔1、1’〕之間形成一個連接輸入管道和兩根測量管〔3、3’〕的內腔室，使外管道流入的一股流體在此分為兩股進入兩根測量管〔3、3’〕。
設置在測量管〔3、3’〕兩端的檢測傳感元件通過安裝在護管〔4〕上的接線端子板〔11、11’〕與信號處理單元的信號放大器〔12、13〕連接。
本發(fā)明的工作原理基于物理的科里奧利力定理。如果在以流量計基座兩端為固定支點的，一段有流體流過的管子中央施加一個驅動力，使其依固有的諧振頻率，進行連續(xù)等幅的正弦振蕩，如圖6中虛線所示，那么根據科里奧利力定理，以兩支點間中心位置為界，管子的左右兩部分，將感受到兩個方向相反的科里奧利力，其作用結果，將使管子產生彎曲變形，并且科里奧利力還將隨著正弦振動，周期性地改變著方向。所以管子的彎曲變形也如圖6中曲線1和曲線2那樣交替地變化。
如果在測量管兩端分別設置兩個傳感器，檢測管子的變形，就可得到兩組帶有時間差Δt的正弦交流信號，而時間差Δt只隨管中的質量流量線性變化，因而只要測出Δt，就可得知質量流量的大小。本發(fā)明就是根據這個原理，在測量管兩端分別設置了壓電檢測傳感元件，檢測測量管的彎曲變型，就可得到與質量流量相對應的Δt。
本發(fā)明的優(yōu)點增設護管后可將護管壁加厚，增加護管的強度，因而保證該發(fā)明能夠在較高工作壓力下正常工作。增設護管后，測量管壁可以做得很薄，因而可適用低密度介質的測量，例如可測量氣體和比重小的液體，還可用于多相流，漿體等流體測量。采用壓電檢測傳感元件作為檢測元件與光電法相比，不存在初始位置差的影響，其靈敏度高，輸出信號大。檢測傳感元件采用壓電陶瓷和壓電晶體材料，其居里溫度高達400℃和800℃以上使用工作溫度相應也高于其它元件。直管式流量計振蕩驅動裝置不采用永久磁鐵，消除了原結構中采用永久磁鐵受工作溫度限制給流量計帶來的影響。由于采用以上結構，使本發(fā)明能夠適應高溫測量。
附圖1薄壁直管科里奧利質量流量計結構示意圖〔1、1’〕—法蘭〔2、2’〕—基座〔3、3’〕—測量管〔4〕—護管〔5〕—電磁線圈〔6〕—永久磁鋼〔9、9’、10、10’〕—彎曲變形壓電檢測傳感元件〔11、11’〕—接線端子板附圖2單直管式流量計振蕩驅動裝置結構示意圖〔7〕—環(huán)形銜鐵
〔8、8’〕—電磁鐵附圖3單直管式流量計振蕩驅動裝置中推挽式驅動電路圖〔I〕—推挽式驅動電路附圖4信號處理單元方框圖〔12、13〕—信號放大器〔14〕—邏輯運算器〔15〕—振蕩器〔16〕—計數器〔17〕—D/A轉換器附圖5信號處理單元波形圖附圖6單直管科里奧利質量流量計振動變形曲線圖。
權利要求1.一種直管式科里奧利質量流量計，由基座、測量管、振蕩驅動裝置、檢測傳感元件和信號處理單元組成，其特征在于在測量管〔3、3’〕外側增設護管〔4〕，在測量管〔3、3’〕與護管〔4〕之間形成一個密封腔室，并充灌密封液體，測量管還可以采用單直管〔3〕。
2.根據權利要求1所述的一種直管式科里奧利質量流量計，其特征在于測量管〔3、3’〕壁厚度可達0.1mm，測量管〔3、3’〕壁厚度與管徑之比為1∶50-1∶150。
3.根據權利要求1所述的一種直管式科里奧利質量流量計，其特征在于a.平行雙直管式流量計采用的振蕩驅動裝置是由普通推挽式驅動電路和分別安裝在兩根測量管〔3、3’〕夾縫側中央位置的電磁線圈〔5〕和永久磁鋼〔6〕組成；b.單直管式流量計采用的振蕩驅動裝置是由套在測量管〔3外側中央位置的環(huán)形銜鐵〔7〕、與環(huán)形銜鐵〔7〕上下對應安裝在護管〔4〕外側中央位置的兩個電磁鐵〔8、8’〕和推挽式驅動電路〔I〕組成，電磁鐵〔8、8’〕的激磁繞組L1連接在推挽式驅動電路〔I〕中BG3集電極與電源正極(+E)之間，L2連接在BG4發(fā)射極與電源負極(-E)之間。
4.根據權利要求1所述的一種直管式科里奧利質量流量計，其特征在于測量管〔3、3’〕兩端分別設置的檢測傳感元件可以采用彎曲變形壓電檢測傳感元件〔9、9’、10、10’〕，也可以采用安裝在測量管〔3、3’〕內側的兩片厚度變形壓電檢測傳感元件，單直管式流量計只采用彎曲變形壓電檢測傳感元件〔9、9’、10、10’〕。
5.根據權利要求1所述的一種直管式科里奧利質量流量計，其特征在于在基座〔2、2’〕上各自焊接一片法蘭〔1、1’〕，基座〔2、2’〕和法蘭〔1、1’〕之間形成一個連接輸入管和兩個測量管〔3、3’〕的內腔室。
6.根據權利要求4所述的一種直管式科里奧利質量流量計，其特征在于檢測傳感元件通過安裝在護管〔4〕上的接線端子板〔11、11’〕與信號處理單元的信號放大器〔12、13〕連接。
專利摘要本實用新型是基于科里奧利原理的一種薄壁直管質量流量計，其主要特征是流量計的測量管外側增設了高強度護管，測量管分別為單直管式和平行雙直管式，測量管和護管之間形成密封腔室并充灌密封液體，測量管兩端設置了壓電檢測傳感元件并直接與基座固定連接。由于增設了高強度護管，測量管壁可以做的很薄，大大提高了該流量計的靈敏度，適宜低密度流體的測量并且能適應比較高的溫度和工作壓力。
文檔編號G01F1/78GK2070436SQ89208588
公開日1991年1月30日 申請日期1989年6月16日 優(yōu)先權日1989年6月16日
發(fā)明者李硯清 申請人:天津市自動化儀表十廠