[发明专利]采用有一个柔性传感部件的单个转子的科里奥利效应质量流量计

说明书

发明领域

本发明涉及一种科里奥利效应质量流量计，尤其涉及一种采用一个转子作为相位测量部件的科里奥利效应流量计。

问题

人们已经知道采用科里奥利效应振动管质量流量计来测量流过一个管子的物质的质量流量和其它信息。这种流量计公开于属于J.E.史密斯等人的美国专利，即No.4109524(1978.8.29)，No.4491025(1985.1.1)和No.Re.31450(1982.2.11)。这些流量计具有一个或多个直的或弯曲形状的流量管。每个流量管的形状具有一组自然振动模式，它们可以是一个简单的弯曲的、扭曲的或者联接的类型。每个流量管都被驱动而围绕一个中枢点在这些自然模式中的其中一个的共振(频率)下振荡。物质从一个连接在流量计的进口侧上的管道流进流量计，被引导而流过流量管然后从流量计的出口侧流出。

充填了物质的振动系统的自然振动模式部分地由流量管和在流量管中流动的物质的复合质量限定。当没有物质在流量计中流动时，沿着流量管的所有的点由于一个施加的驱动力而以相同的相位振动。当物质开始流动时，科里奥利加速度使沿着流量管的每个点具有一个不同的相位。在流量管的进口侧上的相位滞后于驱动力，而在出口侧上的相位超前于驱动力。流量管上设置了传感器，用于产生代表流量管运动的正弦输出信号。在两个传感器信号之间的相位差正比于通过流量管的物质的质量流率。

在这种测量中的一个复杂的因素是典型的处理物质的密度是变化的。这使得自然模式的频率也变化。由于流量计的控制系统保持共振，因此振动频率响应密度的变化而变化。在这种情况下的质量流率正比于相位差和振动频率的比值。上述美国专利No.Re.31450公开了一种科里奥利流量计，它不必既测量相位差又测量振动频率。相位滞后和振动频率的商通过测量流量计的两个正弦输出信号的水平交叉点之间的时间滞后来确定。当采用这个方法时，则消除了振动频率的变化，从而质量流率正比于所测量的时间滞后。这种测量方法在以后称为时间滞后测量或Δt测量。

涉及在科里奥利质量流量计中流动的物质的特性的信息必须以很高的精度进行推导，因为常常要求推导的流率信息具有至少读数的0.15％的精确度。这些流量计的输出信号是正弦的，并且在时间上或相位上位移一个由物质流过的流量计产生的科里奥利力确定的数量。接受这些传感器输出信号的信号处理电路精确地测量这个时间差，并产生出到达所要求的至少读数的0.15％的精确度的流动处理物质的希望的特征。

一个振动管科里奥利效应质量流量计的工作是基于在物质传导部件如管道或管子围绕一个垂直于管子轴线的轴线旋转是所产生的科里奥利力。科里奥利流量管一般不是连续地在相同的方向上旋转，因为这将需要一个旋转的密封件，而密封阻力会将误差引入科里奥利测量中。相反地，流量管是被转动的，从而它们围绕一个中枢点沿一个方向旋转一个短的距离，然后沿相反的方向进行一个相应的运动。科里奥利力不是直接测量的，而是通过测量流量管的合成变形测量的。

振动流量管设计的一个基本问题是，物质保持部件即流量管也是一个传感部件，它会响应于所产生的科里奥利力而变形。物质保持功能要求流量管是刚性的，并且坚固地足以承受物质的压力。科里奥利力传感功能要求流量管是薄的，可弯曲的并且可以响应于科里奥利力而大大地变形。为小直径管道设计的流量计通过使流量管具有足够承受物质的压力的厚度的壁和使流量管足够长以致于不管其厚壁而仍然可以弯曲则可以满足上述两个标准。这种设计方法不适用于大管道上采用的流量计，因为所需的流量管长度将使得流量计很大而极度昂贵。

流量管的双重功能的另一个问题是，物质的压力会使管子趋于变硬，一个硬的管子对科里奥利力是不太敏感的。因此，仪器的敏感性被增大的物质压力降低了。

人们知道用旋转的质量流量计解决振动的科里奥利流量管计的问题。旋转的质量流量计的两种基本的类型是角动量计和旋转科里奥利计。它们的区别是，角动量计改变在流量计流动通道内的一个不变的径向位置处的物质角速度，而旋转科里奥利计以一个不变的角速度改变流动通道内的物质的位置。两种类型都是通过将物质保持功能和流动传感功能分离成两个单独的部件来解决振动管流量计的上述问题。

角动量流量计通常由两个具有不同叶片角的叶轮(转子)组成。叶轮设置在一个管道中，并且一个叶轮位于另一个叶轮的上游。两个叶轮由一个扭力弹簧联结起来，扭力弹簧可以在它们之间产生一个角位移。该角位移代表一个相位位移，该相位位移正比于物质的角动量的变化并且被用于确定质量流率。

角动量质量流量计在以下的文献中示出：