[发明专利]弯曲管振动流量计中的热应力补偿

说明书

背景技术

1.技术领域

本发明涉及弯曲管振动流量计，并且更具体地，涉及在弯曲管振动流量计中的热应力补偿。

2.要解决的问题

振动管传感器，例如Coriolis质量流量计和振动密度计，通常通过检测包含流动材料的一个或多个振动管的运动来操作。与管内的材料相关联的性质，例如质量流量、密度等，可通过处理从与导管相关联的运动换能器接收的测量信号来确定。振动的填充有材料的系统的振动模式通常受用于包含的导管和包含在其内的材料的组合质量、刚性和阻尼特性影响。

典型的Coriolis质量流量计包括一个或多个管，这些管在管线或其它输送系统内被连成直线，并且在该系统内传输材料，例如流体、泥浆、乳液等。每个管可被视为具有一组固有振动模式，包括例如单纯的弯曲、扭转、径向和耦合模式。在典型的Coriolis质量流量测量应用中，当材料流过管时，以一个或多个振动模式激励该管，并且在沿着该管间隔开的多个点处测量该管的运动。激励通常由致动器提供，例如电机械设备，譬如音圈型驱动器，该致动器以周期的方式干扰该导管。质量流率可通过测量在多个换能器位置处的运动之间的时间延迟或相差来确定。振动响应的频率可通过单个换能器测量，其中该频率被用于确定该流量计中材料的密度。通常采用两个这样的换能器（或敏感元件传感器）以测量一个或多个流动导管的振动响应，并且这两个换能器通常被定位在致动器的上游和下游的位置。这两个敏感元件传感器被连接到电子仪器。该仪器从这两个敏感元件传感器接收信号并处理这些信号从而得到质量流率测量以及其它的测量。振动流量计，包括Coriolis质量流量计和密度计，因此采用一个或多个流动管，使这些流动管振动以测量流体。

振动的计量器可与热或冷的流动材料一起使用。不过，当流量计的一个或多个流动管处于与该流量计组件的其它部分不同的温度时，热应力可被引入到流量计中。例如，当热流体被突然引入到冷的计量器中，流动管试图在长度上膨胀但是却受到了（相对）冷壳体的约束。这种情况被称为热冲击。在更加常见的稳态情况中，流体是热的，而周围环境是冷的，并且因此跨过计量器的一部分地存在温度梯度。

在典型的流量计中，热膨胀或收缩可受流量计的设计的约束或阻止。在流量计中的热差因此建立在该流量计的一个或多个流动管上的热应力。例如，管的轴向膨胀或收缩可能受该流量计壳体的约束。

授予Van Cleve的美国专利6,327,915公开了直管Coriolis流量计，其包括平衡条和温度传感器S1—S4。单个的温度传感器S4被用于测量壳体的温度。温度传感器的网络提供了温度信息，该温度信息被用于执行热应力补偿，其中温度改变将引起振动管上的压缩力或拉伸力，影响直流动管的谐振频率。

直管振动计量器由于其形状不具有弯曲应力，其存在于弯曲管计量器中。直管振动计量器不要求多个壳体温度测量或者在多个具体位置处的壳体温度测量，这些将影响管弯曲应力。

已知的是，Coriolis流量计具有双弯曲管，该流量计在流量测量方面具有最高的准确度。它们在密度测量方面也具有高准确度，但是不像一些当前制造的具有单个直管的密度计那样准确。

不过，尽管有它们的优点，但直管密度计也具有缺点。笔直的且相对刚性的流动管不可能自由地膨胀或收缩，这是由于壳体和其它部件的约束。所产生的在直管振动密度计上的热压缩或拉伸将改变谐振频率。这种加热或冷却的影响，以及所产生的该流量计的受约束的膨胀或收缩，被称为热应力。

单直管密度计实现它们的准确度部分上是通过在工作流管的任一端处都包含波纹管，其中波纹管允许流量计组件的热膨胀和收缩。这些波纹管因此将流动管与热应力隔离，不然该热应力将改变流动管的频率并因此损害该密度计的准确度。

波纹管具有若干缺点。第一，它们限制了密度计的流体压力等级。第二，它们损害了密度计被评级为卫生的能力，因为这些波纹管在流动停止后将捕获且保持流动材料。第三，波纹管要求更加昂贵且复杂的构造并因此具有更高的成本。

发明内容

在本发明的一个方面中，弯曲管振动流量计包括：

流动管温度传感器T_T，其被附接到弯曲管振动流量计的一个或多个弯曲流动管，其中流动管温度传感器T_T产生流动管温度信号；

多个壳体温度传感器T_C，其附接到弯曲管振动流量计的壳体的一个或多个壳体位置并且产生壳体温度信号，其中在该一个或多个壳体位置处的多个壳体温度传感器电阻形成与该一个或多个壳体位置的热重要性相关的组合壳体电阻；以及