[发明专利]连续测量质量流量的装置与方法

说明书

本发明涉及质量流测量技术，特别涉及测量流体的质量流量的一种新的、有用的装置和方法，这种装置和方法使用两个间隔开的管子，每根管枣载有总流量的一半的流量。为了使管子产生往复的角位移，管子受迫在固定点之间振动。

我们已经知道了利用运动流体的角运动的作用直接测量质量流量的装置。举例来说，可以见1985年12月23日发给罗斯的美国专利第2，865，201号和1967年12月5日与1969年12月23日发给西平的美国专利第3，355，944号以及第3，485，098号。

1978年8月29日授予史密斯（Smith）的美国专利第4，109，524号中公布了一种通过一部分导管的往复运动产生该部分的纵向角位移测量导管的质量流率的装置和方法。联动装置连接到所述部分使之往复运动并测量施加在其上的力，这个力是由于质量流通过这部分导管所产生的明显的力。因此，用这种方式可以直接得到质量流率的测量结果。

为了理解如何用这个力的作用测量质量流率，可参考图1，它表示了在X、Y、Z坐标系中的矢量分布。

当具有速度矢量的运动质量m受到力的作用时产生了相应于某轴的角速度，力表示如下：

()/(Fc) ＝2m ()/(W) × ()/(V)

如果图1中用10表示的载有流体的管子在 ()/(Fc) - ()/(V) 平面内沿箭头12所示方向顺时针旋转，将产生图1所示的角速度W。然而，与其导管10沿箭头12所示方向旋转，倒不如导管对于用16所表示的支点产生前后振动，角速度W的量级与极性也将摆动，因此，力Fc的量级和极性将成比例地摆动。

对于沿管的任意点，例如点14，在小振幅情况下，其位移矢量可以表示为沿Y轴方向。当具有远离支点16的点14的载流管10受正弦发生器的力而相应于其支点16作很小的振动时，其位移、速度和加速度矢量的大小可由图2所示的图形表示。点14沿Y轴的位移由实线20表示，点14的速度V由双点划线22表示，单位为英寸/秒，用dy/dt表示。

加速度A用实线26表示，它是位移对于时间的二阶导数，单位为英寸/秒²，用d²y/dt²表示。

如果在管内流动着流体，作用在流动质量上的力 ()/(Fc) ＝2m ()/(W) × ()/(V) 也将求出。用牛顿第三定律可以得出作用在管子自身上的相等的反作用力- ()/(Fc) 和随之产生的加速度A′，- ()/(Fc) 和 ()/(A) ′沿着Y轴方向。 ()/(A) ′的大小用虚线28表示。从上述对力- ()/(Fc) 的确定可以看出由于驱动力作用于管上，所述力与点14的速度成正比，与加速度的相位相差90°作用在点14上的合力为驱动力和反作用力- ()/(Fc) 的和，驱动力与反作用力的相位相差90°。点划线24表示加速度 ()/(A) 与 ()/(A) ′的总和，该总和与驱动力和反作用力- ()/(Fc) 的和成正比。原始驱动加速度与合加速度之间的相位差Φ可以直接得到反作用力-Fc的测量结果，该结果与质量流率成正比。

如果驱动力是正弦变化的，则位移、速度和加速度也同样呈正弦变化并分别相差90°和180°。这表明无论用驱动力的位移、速度或加速度作为驱动力与反作用力- ()/(Fc) 的合力的函数进行测量，其相位差Φ都是相等的。

本发明描述一种测量质量流率的方法和装置。

根据本发明，一对平行的导管并排地安装，它们的端点被固定地支撑。在导管的中部和它们之间提供了驱动装置以对导管施加横向振动，使它们反复地彼此相向或相反地移动。由于导管的弹性并因为它们的两端被安装在固定位置，因此这种振动是允许的。

在驱动装置的每侧驱动装置到各支撑点的大致中间的地方装有传感器。这些传感器产生相应于传感器位置的管的速度信号。

在导管的两个支撑点部分提供了供质量流体通过的连接器和通道，在一个支撑部分质量流几乎均匀地分开流过导管，而在另一支撑部分汇合并流出。

在没有流体流过导管的情况下，两个传感器所检测到的振动的相位与频率恰好与驱动装置的振动的相位与频率相匹配。然而，如果质量流开始通过导管，所有的传感器继续检测与驱动频率相同的频率，而质量流入口处的传感器所测得的频率的相位将滞后于驱动频率，出口处的传感器所测得的频率的相位将超前于驱动频率。这种相位的超前与滞后可直接用作通过导管的质量流率的测量结果。