[发明专利]用于增强平衡杆灵敏度的方法和设备

说明书

发明领域

本发明涉及一个单管卡理奥理斯(Coriolis)流量计，特别涉及一种用于具有一个平衡杆的卡理奥理斯流量计的方法和设备，它能增强流量计对物质流量灵敏度。

问题

单管卡理奥理斯流量计是所希望的，因为它们消除了双管卡理奥理斯流量计的流量分开岐管的昂贵和堵塞的问题。单管卡理奥理斯流量计有一个缺点，即其流量灵敏度比双管卡理奥理斯流量计低。流量灵敏度低有两个原因。第一个原因是，对于同样的流量速率，单管流量计必须为给定流动速率有一个大直径流动管。这使得它在弯曲方面僵硬且响应卡理奥理斯力较差。第二个原因必须涉及如何决定质量流动速率的细节。

在常规的双管卡理奥理斯流量计中，双流动管彼此不同相振动。双流动管用作彼此平衡以产生一种动态平衡结构。沿流动管的两个位置处放置有速度传感器来检测流动管之间的相对速度。速度传感器通常离开管的中点上下游等距放置，每一个速度传感器包括一个固定在一个流动管上的磁铁和一个固定在另一管上的线圈。线圈通过磁场的相对运动产生一个电压。振动流动管的正弦运动在每一传感器中产生一个正弦电压。当没有物质流量动时，来自两个速度传感器的电压彼此同相。在有物质流量动时，振动管由运动物质的卡理奥理斯力弯曲，引起两个传感器电压之间的相位差。质量流速率正比于该相位差。重要的是要注意，两个流动管相等变形(对于等分的流量)，而每一流动管有与另一流动管在相应位置同样的相位移。上游传感器磁铁速度有与上游线圈速度同样的相位，且两者都有与由磁铁线圈传感器对产生的电压同样的相位。下游传感器有与上游传感器不同的相位。

在单管流量计中，振动流动管由一个平衡杆而不是另一流动管平衡。速度传感器磁铁(或线圈)安装在平衡杆上，仿佛它是上述第二个流动管。然而，因为物质不流过平衡杆，因此它不经受任何卡理奥理斯力或随流量的明显的相位差。速度传感器感应在相位移动的流动管和相位不移动的平衡杆之间的相对速度。在各速度传感器上的流动管和平衡杆可以用具有相位角和振幅的速度矢量表示。通过把两个速度矢量相加可以决定相对速度(以及每个速度传感器之外的电压)。流动管速度矢量由于物质流量而有相位移。平衡杆速度矢量有零相位移。把这些矢量相加给出随速度传感器的流量的净相位移。用非相位移的平衡杆减少净相位移和每一速度传感器的输出电压。这一净相位移减少等于流量计流量灵敏度降低。由于平衡杆的零相位移引起的流量计灵敏度的降低结合由于较大(单一)流动管直径引起的灵敏度的降低导致组合的流量计灵敏度如此之低，以致减弱单管流量计为某些应用的准确度和商业上的接受性。

解决方案

通过本发明解决了上述以及其它问题，并且在技术上实现了进步。根据本发明，提供了一种用于单管卡理奥理斯流量计的方法和设备，其具有一个平衡杆，该平衡杆增强和放大了流量计对物质流量的灵敏度。无论在本发明中还是在现有技术的单管卡理奥理斯流量计中，相对于在第一弯曲方式下流动管不同相驱动平衡杆。驱动频率通常是平衡杆和充填物质的流动管两者在每一个的第一弯曲方式下的共振频率。在现有技术的单管卡理奥理斯流量计中，平衡杆缺乏对流动管的卡理奥理斯力和卡理奥理斯偏转明显的响应。在本发明中，通过设计平衡杆，使其在第二弯曲方式下响应由于弯曲加在流动管上的卡理奥理斯力，相对于由施加的卡理奥理斯力引起的流动管偏转不同相而实现灵敏度增强。

在有物质流量时，振动的流动管响应施加的卡理奥理斯力偏转。流动管的驱动振动的振幅显著大于卡理奥理斯偏转，因为它们处于充填物质的流动管的共振频率下，而卡理奥理斯偏转以远离为卡理奥理斯偏转方式形状的流动管的共振频率的频率驱动。卡理奥理斯力由流动物质以与驱动振动同样的频率施加在流动管上。然而，卡理奥理斯力引起的流动管的偏转具有和第二弯曲方式同样的形状。流动管的第二弯曲方式共振频率比施加卡理奥理斯力的频率(驱动频率)高得多。这样，因为卡理奥理斯力以远离其方式形状(第二弯曲)的共振频率的频率施加，因此卡理奥理斯引起的流动管的偏转比驱动引起的(第一弯曲方式)偏转小很多。在流动管第二弯曲方式下的小卡理奥理斯偏转产生响应物质流量的两个速度传感器信号之间的相位延迟。因为该偏转很小，因此相位延迟很小，现有技术直管流量计对物质流量的灵敏度很低。