[发明专利]对密度不敏感的科里奥利质量流速计

说明书

本发明涉及具有振动流管的科里奥利质量流速计。在这类科里奥利质量流速计中装有振动流管，这些振动流管能围绕两个以上的轴以谐振频率振动，其中一个轴与振动每一流管的外部作用力有关，其它轴与科里奥利力所引起的每一流管的挠曲有关，这种科里奥利力产生于通过流管时流体的受迫振动和流动的复合。在本发明中，流管被设计成即使当流管的质量由于通过该流管流体的密度改变而发生变化，两个谐振频率的比值也能保持恒定。

在现有技术中，测量流动物质流速的众所周知的方法，是使流体通过一个振动流管，导致科里奥利力作用在该流管上，并且，这种科里奥利力的大小同通过流管的流体的质量流速以及流管振动的角速度有关。

目前，致力于设计和制造各种科里奥利质量流速仪器时主要的技术问题之一是必须精确测量或准确控制振动着的流管的角速度，这样，流过该流管的流体的质量流速可以通过测量科里奥利力所产生 的效应来计算。但是，即使能够精确地确定或控制流管的角速度，准确地测量科里奥利力所产生的效应仍然是另一个棘手的技术问题。这一问题的出现，部分地是由于所产生的科里奥利力非常小，所以由科里奥利力所引起的效应也是十分微小。而且，因为科里奥利力很小，外部振动源所产生的效应，例如，流线上邻近的机械或压力波动引起的固定振动等所产生的效应，会导致错误地确定质量流速。这种错误的作用甚至可以完全淹没由科里奥利力所产生的效应，使流速计失去作用。

一种机械装置和测量技术，它具有下列优点：

（a）不需测量或控制科里奥利质量流速仪器中振动流管的角速度大小，（b）同时具备为测量科里奥利力所产生效应必需的灵敏度和精确度，以及，（c）对外部振动源所产生的错误不敏感，这已经在下列美国专利中作了叙述，即No.Re31，450，题为《流速测量的方法和设备》，发表于1983年11月29日;No.4，422，338，题为《质量流速的测量方法和装置》，发表于1983年12月27日;以及No.4，491，025，题为《平行管科里奥利质量流速计》，发表于1985年1月1日。在这些专利所叙述的机械构造中，包括没有诸如伸缩软管或其它压力变形部件等压力敏感接头或部件的流管，这些流管从入口到出口均以支撑方式固定地安装。例如，流管可以被软焊或硬焊到一个支撑物上，以致能以某种类似于弹簧的方式围绕流管各个固定段附近的轴振动。此外，所安装的流管被设计成围绕各个固定的安装件轴具有谐振频率，这些谐振频率比与科里奥利力的作用有关的座标轴上的谐振频率为低。按上述方式设计流管就出现了这样一种机制，即抵抗科里奥利力的力主要是线性弹性力。实际上被线性的弹性力所抵抗的科里奥利力使产生科里奥利力的流管围绕位于各流管段之间的轴发生挠曲。挠曲的大小是所产生的科里奥利力和反抗上述科里奥利力的线性弹性力的大小的函数。

如上所述的流管除了被科里奥利力挠曲以外，还被强迫振动，因此，科里奥利力所作用的每一流管上某一部分会挠曲，并在流管的移动方向上超前于科里奥利力正作用的该流管的其余部分而移动。由科里奥利力所挠曲的振动流管的第一部分经过流管振动路径上的一个给定点后到第二部分经过一给定点的瞬时所需的时间，是通过该流管的流体质量流速的线性函数，即，所测量的时间和通过流管的流体质量流速之间的关系仅仅取决于由流管的机理和其固定方式导出的常数，除了必须测量和控制的时间以外，这一关系不依赖于任何其它变量，在美国专利No.Re31450中叙述的光学传感器和美国专利No.4422338以及No4491025中叙述的电磁速度传感器已经被用于所需的时间测量，根据这种测量可以确定流体的质量流速。

在美国专利No.4491025中叙述了一个带有传感器以执行必要的时间测量的双流管实施例。美国专利No.4491025中叙述的这一双流管实施例提供了科里奥利质量流速计的一种结构，它以音叉的方式工作，如美国再颁专利Re31450中叙述的那样。这种音叉作用有助于使外部振动力的影响减到最小，使外部振动力的影响减到最小是十分重要的，因为这些力会在所需的时间测量中产生误差。

通过科里奥利质量流速计的流体密度总是在变化，例如，流体中各种成份的不同混合，或流体温度的变化都能改变流体密度，流体密度的变化使得各个振动流管的质量也发生变化，流管质量的变化随之引起振动流管的谐振频率发生变化。本发明的目的是提供一种科里奥利质量流速计，它的每一振动流管的两个谐振频率之比保持在一个与流体密度变化无关的恒定值。