[发明专利]平面振动密度计、密度计构件和相关方法

说明书

提供了一种平面振动构件(300，400)，其能够操作用于在振动密度计(500)中使用。平面振动构件(300，400)包括本体(302)和从本体(302)伸延的可振动部分(304)，其中，可振动部分(304)包括多个可振动突出部，并且其中，多个可振动突出部是悬臂式的。可振动部分能够操作成通过驱动器(504)进行振动。

技术领域

本发明涉及振动计，并且更具体地，涉及用于利用平面构件测量密度的方法和设备。

背景技术

密度计在本领域中通常是已知的，并且用于测量流体的密度。流体可以包括液体、气体、具有悬浮颗粒和/或夹带气体的液体，或者液体、气体、具有悬浮颗粒和/或夹带气体的液体的组合。振动密度计通常通过检测在待测量的流体材料存在的情况下进行振动的振动元件的运动来工作。与流体材料相关的性质，例如密度、粘度、温度等，可以通过对从与振动元件相关联的运动换能器接收的测量信号进行处理来确定。振动元件系统的振动模式通常受振动元件和周围流体材料的组合质量、刚度和阻尼特性的影响。

振动密度计可以包括振动构件，例如暴露于被测流体的筒。振动密度计的一个示例包括悬臂式安装的筒状导管，其入口端部联接至现有管线或其他结构，而其出口端部自由振动。该导管可以振动并且可以测量共振频率。如本领域所公知的，通过测量存在流体时导管的共振频率，可以确定被测流体的密度。根据公知的原理，导管的共振频率将根据接触导管的流体的密度相反地变化。

图1示出了振动气体密度计的现有技术振动筒。现有技术圆形振动筒可以以自然(即，共振)频率或接近自然频率振动。通过测量在存在气体的情况下筒的共振频率，可以确定气体的密度。现有技术振动筒可以由金属形成，并且理想地构造为具有一致的厚度，使得筒壁中的变化和/或缺陷不影响振动筒的共振频率。

图2示出了现有技术密度计。现有技术密度计包括至少部分地位于壳体内的筒状振动构件。该壳体或振动构件可以包括凸缘或其他构件，用于以流体密封的方式将密度计操作性地联接至管线或类似的流体输送装置。在所示的示例中，振动构件在入口端部处以悬臂的形式安装至壳体，使相反端部自由振动。振动构件包括多个流体开孔，多个流体开孔允许流体进入密度计并且在壳体与振动构件之间流动。因此，流体接触振动构件的内表面以及外表面。这在被测流体包括气体时是特别有帮助的，因为较大的表面区域暴露于气体。在其他示例中，可以在壳体中设置开孔，并且可以不需要振动构件开孔。

驱动器和振动传感器定位在筒内。驱动器从计量电子设备接收驱动信号，并且使振动构件以共振频率或接近共振频率振动。振动传感器检测振动构件的振动，并且将振动信息发送至计量电子设备以进行处理。计量电子设备确定振动构件的共振频率并且根据测量的共振频率生成密度测量值。

为了获得精确的密度测量值，共振频率必须非常稳定。实现期望稳定性的一种现有技术方法是使振动构件以径向振动模式振动。在径向振动模式中，振动构件的纵向轴线保持基本上固定，而振动构件的壁的至少一部分平移和/或旋转远离其静止位置。气体密度筒的关键设计标准是分隔振动模态，使得能够容易地且精确地辨别模态。如果振动构件具有完美圆形的橫截面形状并且具有完全一致的壁厚度，则仅存在一个三瓣径向振动模式。然而，由于设计公差，这通常是不可实现的。因此，当制造商试图制造具有完全一致的壁厚度的完美圆形的振动构件时，小的缺陷导致两个三瓣径向振动，这两个三瓣径向振动以频率非常接近于彼此的两种振动模式振动。两种模式之间的频率分隔通常非常小，并且例如可以小于一赫兹。在两个频率接近的情况下，密度确定可能是困难的或不可能的。因此，将认识到，制造这种精确的筒状构件是有挑战性的且昂贵的。

为了便于制造和降低成本，本实施方式提供了具有平面共振器的密度计。使用平面共振器的能力是有利的，因为这种构件可以由薄金属片通过使用例如化学加工工艺、激光加工/切割或甚至冲压而容易地制造。因此，制造成本可以显著低于精密加工的振动筒，制造过程将加快，总成本将显著降低，并且最终产品可以显著更小。因此实现了本领域的进步。

发明内容