[发明专利]振动流量计的平衡系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于振动流量计的平衡系统。

背景技术

诸如比重计和科里奥利流量计这样的振动流量计用于测量流动物质的特性（例如，密度、质量流率、体积流率、总质量流量、温度和其它信息）。振动流量计包括一个或多个管道，这些管道可以具有各种形状（例如，笔直构造、U状构造或者非规则构造）。

这一个或多个管道具有一组自然振动模态（例如，包括简单弯曲、扭转、径向和耦合模态）。为了确定流动物质的特性的目的，这一个或多个管道由至少一个驱动器在一定谐振频率处在这些模态之一中进行振动。一个或多个电子器件向至少一个驱动器发送正弦驱动器信号，该至少一个驱动器通常是磁体/线圈组合，且该磁体通常固结于所述管道，且该线圈固结于安装结构或另一个管道。该驱动器信号使得驱动器在驱动器频率在驱动器模态中振动这一个或多个管道。例如，驱动器信号可以是发送到线圈的周期性电流。

至少一个检测器检测到管道的运动，并且产生代表着振动管道的运动的正弦检测信号。该检测器通常是磁体/线圈组合，且该磁体通常固结到一个管道上并且线圈固结到安装结构或另一个管道上。检测信号发送到一个或多个电子器件；并且根据公知原理，一个或多个电子器件可以使用检测信号来确定流动物质的特性、或者调整驱动器信号（如果需要）。

通常，振动流量计设置有两个振动管道，这两个振动管道进行彼此相反的振动以便创建起一种固有地平衡的系统。结果，来自每个管道的振动彼此抵消从而防止振动或扭力被传递给任何连接结构。类似的是，当使用两个振动管道时，由于检测器通常仅仅测量流动管之间的相对运动、并且外部引发的振动趋于对这两个管进行相同振动，所以安装结构的振动在流量计中被抵消。然而，存在例如由于压降或堵塞的问题不希望使用双管的某些应用。在这样情况下，可以期望单管系统。

然而，期望的单管系统可以是存在着固有不平衡问题的单管系统。尝试解决这个问题已包括：使用平衡结构（例如，假管/等效管（dummy tube）、或者平衡杆）以及使用该平衡结构的运动来对系统进行平衡。然而，由于管的整体质量（包括管内的流体）随管内的流体的密度的变化而变化，则在消除不平衡问题方面这些技术它们自身的成效有限。

图1示出了根据现有技术的单管型振动流量计。如所示，该流量计包括包围着平衡杆102的壳103。平衡杆102是圆筒状的并且包围住管道101。壳103具有端部元件104，该端部元件104通过颈部元件105耦合/联接到输入和输出法兰106。部件107是流量计的入口，部件108是出口。管道101具有输入端部109，该输入端部109在部件112（即壳端部104的支撑杆部分）处连接到壳端部104中的开口。支撑杆部分112耦合/联接到颈部元件105。在右侧上，在壳端部104与颈部元件105接合的位置112处，管道101的输出端110耦合/联接到壳端部104。

在操作过程中，管道101和平衡杆102通过驱动器（未示出）进行反相振动。利用物质流动，这个例子中的管道101的振动引发管道101中的科里奥利响应，该响应由检测传感器（未示出）进行检测。介于检测传感器之间的相移代表着与流动物质有关的信息。速度传感器的信号输出施用到电子电路，该电子电路对该信号进行处理以得出与流动物质有关的期望信息（例如，质量流率、密度、粘度，等等）。

振动流量计必需在包括不同密度、温度和粘度的物质的操作条件的宽范围内提供准确信息。为了实现这，期望的是流量计在一定的条件范围内进行稳定操作。为了实现这种稳定性，期望流量计振动与管道和平衡系统进行隔离，这是因为：除了用于确定流动物质的流体特性的科里奥利加速度以外，从外部施加的振动系统的振动（不管是由流量计的振动引发、还是源自例如泵这样的另一个源）还对流动物质强加附加的加速度。外部振动还对限定着管道的活动长度的节点（没有经历运动的区域）进行重新配置或重定位。这种效应难于进行补偿并且经历不可知参数（诸如，计量器所连接着的结构的刚性）。因此，不期望的振动阻止了流量计的用来提供关于流动物质的准确输出信息的能力。

对于图1的流量计，该振动系统包括进行反相振动的平衡杆102和管道101。这两个元件包括动态平衡的系统，其中，平衡杆的端部111与管道101的端部109和110通过壳端部104的支撑杆部分112进行耦合/联接。由于不同密度的物质的处理可以导致壳和法兰的振动，所以这不是期望的。因为壳103和法兰106的振动幅度取决于计量器所连接着的结构的刚硬度，所以能够在流动测量中引发未知量级的误差。