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專利名稱：內(nèi)流式科氏效應(yīng)質(zhì)量流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及科氏(科里奧利)效應(yīng)質(zhì)量流量計(jì)。更為具體地說，本發(fā)明涉及一種方法和設(shè)備，用以借助于測(cè)量裝入較大導(dǎo)管之中的較小流管之內(nèi)的物料流而生成在大導(dǎo)管中的物料流的質(zhì)量流量信息。存在的問題科氏流量計(jì)直接測(cè)定通過導(dǎo)管的質(zhì)量流速。正象在本技術(shù)領(lǐng)域中，比如美國(guó)專利第4491025號(hào)(1985年1月1日頒發(fā)給J.E.Smith等人，下面稱作美國(guó)專利第4491025號(hào))以及Re.31450(于1982年2月11日頒發(fā)給J.E.Smith，下面稱作美國(guó)專利Re.第31450號(hào))之中所披露的那樣，這種流量計(jì)具有一根或幾根平直或彎曲外形的流管。在科氏質(zhì)量流量計(jì)之中的每一構(gòu)形的流管各自具有一組固有振動(dòng)模式，這引起振動(dòng)模式可以具有簡(jiǎn)單彎曲型、扭轉(zhuǎn)型或耦合型。流體從入口側(cè)的相鄰管道流入流量計(jì)，導(dǎo)向一根或幾根流管，再通過流量計(jì)的出口側(cè)流出流量計(jì)。振動(dòng)著的、充滿流體的系統(tǒng)的固有振動(dòng)模式部分地由流管和流管內(nèi)流體的綜合質(zhì)量決定。每一流管都受驅(qū)動(dòng)以這些固有模式中的一個(gè)作共振振動(dòng)。
在無流動(dòng)通過流量計(jì)時(shí)，沿著流管的所有的點(diǎn)都以相同的位相振蕩。當(dāng)流體開始流動(dòng)時(shí)，科氏加速度會(huì)使沿著流管的每一點(diǎn)具有不同的位相。流管入口側(cè)的位相滯后于驅(qū)動(dòng)器，而流管出口側(cè)的位相則超前于驅(qū)動(dòng)器。可以在流管上裝設(shè)一些傳感器以產(chǎn)生表示流管運(yùn)動(dòng)狀況的一些正弦型信號(hào)。兩項(xiàng)傳感器信號(hào)之間的位相差正比于通過流管流體的質(zhì)量流速。這種測(cè)量方法中的一個(gè)復(fù)雜化因素是，一般的工藝流體的密度是變化的。密度的改變會(huì)導(dǎo)致固有模式的頻率發(fā)生變化。由于流量計(jì)的控制系統(tǒng)維持共振，因而振動(dòng)頻率也相應(yīng)地改變。在這種情況下，質(zhì)量流量速度正比于位相差與振動(dòng)頻率的比值。
美國(guó)專利第Re.31450號(hào)披露了一種科氏流量計(jì)，不再需要對(duì)位相差和振蕩頻率兩者都進(jìn)行測(cè)定。位相差是靠測(cè)定兩個(gè)正弦型信號(hào)的水平跨越(level crossing)之間的時(shí)間滯后而予以確定的。在使用這一方法時(shí)，振蕩頻率方面的變化消除了，而質(zhì)量流速正比于測(cè)出的時(shí)間滯后。這種測(cè)量方法此后稱作時(shí)間滯后測(cè)量法。
在先前技術(shù)中，包括Smith的在內(nèi)，流管必須是剛性的。管壁做得足夠厚，以便把壓力和彎曲應(yīng)力保持在容許的程度上。這種要求是很不希望的，因?yàn)楹癖跁?huì)造成科氏流量計(jì)的靈敏度很低。流管必須也足夠大，以便在沒有過分的阻力或壓降的情況下載送供給導(dǎo)管的全部物料。對(duì)于大型管道中的一般物料流來說，這會(huì)導(dǎo)致不切實(shí)際的流量計(jì)尺寸和價(jià)格。同樣，使用在旁路管道中而不直接在主干導(dǎo)管中工作的流管的測(cè)量技術(shù)也是不切實(shí)際的。原因是，很難產(chǎn)生一些條件，即旁路的物料流無論主干流路中的流速如何都始終保持同樣的與主干物料流精確相同的比例。只靠測(cè)量旁路流量來算出主導(dǎo)管中的流量時(shí)，這些條件是必須具備的。
目前可供使用的科氏流量測(cè)定設(shè)備的另一問題是，它們對(duì)氣體場(chǎng)合的適用性有限。氣體的密度較液體為小，因而，在同樣的流動(dòng)速度下產(chǎn)生較小的科氏力。這種情況要求靈敏度較高的流量計(jì)。換句話說，如果增大流動(dòng)速度以獲得同樣的科氏加速度，則可以使用具有常規(guī)靈敏度的流量計(jì)。然而不幸的是，這種替代方案會(huì)導(dǎo)致靈敏度不恒定的一種流量計(jì)。解決方案本發(fā)明克服了以上各種問題，并在本技術(shù)領(lǐng)域中取得進(jìn)展，這是靠提供一種經(jīng)過改進(jìn)的方法和設(shè)備，用以測(cè)定經(jīng)過導(dǎo)管的物料的質(zhì)量流量。按照本發(fā)明，大導(dǎo)管之中的物料流的質(zhì)量流量信息是依靠在此導(dǎo)管里面嵌裝較小口徑的流管而生成的。此小流管由于流管內(nèi)外的物料流而生成科氏加速度，作為一個(gè)科氏效應(yīng)質(zhì)量流量計(jì)。這些科氏加速度是相疊加的，并可產(chǎn)生一種非常靈敏的流量計(jì)。驅(qū)動(dòng)器和傳感器與小流管相關(guān)聯(lián)，以生成導(dǎo)管之中物料流里面的物料流的質(zhì)量流量信息。總流量與小流管之內(nèi)流量的比值是恒定的并被確定出來。此嵌置的流量計(jì)的輸出信息可以按照流經(jīng)小流管物料部分與流經(jīng)導(dǎo)管的物料部分的對(duì)比關(guān)系予以調(diào)整，以取得針對(duì)導(dǎo)管的精確的質(zhì)量流量信息。
采用嵌裝在大導(dǎo)管之內(nèi)的小流管，解決了與先前的科氏流量計(jì)相關(guān)聯(lián)的上述各種問題。把小流管嵌入在大導(dǎo)管中的流動(dòng)物料，消除了壓差問題，這是因?yàn)樗吨玫牧鞴艿膬?nèi)外表面均處于與在導(dǎo)管中流動(dòng)的物料相同的壓力之下。由于消除了這種壓差，比起流管的外部處于大氣壓力之下的情況來，小流管可以用較薄和不太剛硬的材料制成。一種較薄和較為柔軟的流管更適于產(chǎn)生有意義的科氏力。此外，沒有必要阻斷導(dǎo)管之中的流體來安裝相對(duì)來說大而昂貴的裝置以測(cè)定流量。這里公布的嵌入型科氏質(zhì)量流量計(jì)對(duì)于大尺寸管道是實(shí)用的，現(xiàn)在可供使用的最大的科氏質(zhì)量流量計(jì)(管道直徑8英寸或更大)不能經(jīng)濟(jì)地用于這類管道。
把小流管嵌入導(dǎo)管里面的物料流中克服了上述沿著流管長(zhǎng)度的溫差問題，這是由于使得流管所有部分都處于與導(dǎo)管里面的物料流溫度相同的溫度之下了。結(jié)果是，使用這種嵌入流管的直管式儀器的質(zhì)量流量測(cè)定方法要比以前的方法簡(jiǎn)單。
采取上述較薄和較為柔軟的材料用于流管管壁可導(dǎo)致構(gòu)成一種更為有效的科氏效應(yīng)流量計(jì)，這是因?yàn)檩^為柔軟的材料可導(dǎo)致在流管之中生成響應(yīng)于給定驅(qū)動(dòng)信號(hào)的較大的科氏效應(yīng)。這種增大的靈敏度使得流管可以更好地適用于象氣體這樣密度較小介質(zhì)的質(zhì)量流量測(cè)定。
流管可以設(shè)置在雷諾數(shù)表明存在紊流的用于流量測(cè)定的導(dǎo)管中任何地方。不過，在導(dǎo)管里面的流動(dòng)成為層流時(shí)(雷諾數(shù)低于4000)，流管應(yīng)當(dāng)設(shè)置在大導(dǎo)管的幾何中心處，以便獲得盡可能最好的精度。
在第一可能的優(yōu)選實(shí)施例中，設(shè)置在較大導(dǎo)管里面的流管由封套圍繞，此封套可以把流管的外部隔絕開來，不與流動(dòng)于導(dǎo)管里面的物料接觸。壓力調(diào)控器向封套內(nèi)供給充分的空氣壓力，以使流管的外表面基本上處于與流動(dòng)于流管和導(dǎo)管之內(nèi)的物料壓力相同的壓力之下。從而，流管的兩面保持在相同的壓力之下，即導(dǎo)管之中物料的壓力。流管的壁部于是就可以較薄而導(dǎo)致質(zhì)量流量計(jì)靈敏度增大。
按照本發(fā)明另一可能的優(yōu)選實(shí)施例，小直徑流管嵌置在較大導(dǎo)管之內(nèi)，流管只在其中部由磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器支承。流管在其與傳感器相關(guān)聯(lián)的兩端處不受支承。傳感器檢測(cè)出由科氏加速度造成的流管運(yùn)動(dòng)，科氏加速度則是由驅(qū)動(dòng)器所施加的橫向運(yùn)動(dòng)與流管內(nèi)外的物料流的綜合效應(yīng)所產(chǎn)生的。附圖的簡(jiǎn)要說明

圖1示出本發(fā)明一個(gè)可能的典型的優(yōu)選實(shí)施例的側(cè)面局部剖視圖；圖2示出沿著圖1實(shí)施例的直線2-2所取的端向局部剖視圖；圖3示出流管由于流經(jīng)它的物料流的科氏效應(yīng)而發(fā)生變化后所可能取的各種各樣的形狀；圖4示出本發(fā)明另一個(gè)可能的典型性優(yōu)選實(shí)施例的側(cè)面局部剖視圖，此實(shí)施例適于低粘度物料的質(zhì)量流速測(cè)量；圖5示出沿著圖4實(shí)施例的直線5-5所取的端向局部剖視圖；圖6示出圖1的導(dǎo)管的變化，以適應(yīng)各種流動(dòng)型線的變化；圖7示出圖1的流管的一種改變，以增大其物料流量；以及圖8示出圖4的流管由于流管中物料流的科氏效應(yīng)而發(fā)生變化后所可能取的各種各樣的形狀。
詳細(xì)的描述圖1和2顯示出導(dǎo)管101，在導(dǎo)管里面設(shè)置流管104，流管的縱向軸線平行于導(dǎo)管的縱向軸線。流管104由封套103圍繞。流管104在其兩端處固定于支承件119和120上，這些支承件是支承結(jié)構(gòu)105的一部分。驅(qū)動(dòng)器121與流管104中段相關(guān)聯(lián)，驅(qū)動(dòng)器121包括固定于流管104中心部位的磁鐵121A和固定于支承結(jié)構(gòu)105上的驅(qū)動(dòng)線圈121B。驅(qū)動(dòng)線圈121B由經(jīng)過電纜123分支117而來自驅(qū)動(dòng)器電路125的驅(qū)動(dòng)電流供電，把一種橫向振蕩運(yùn)動(dòng)施加到流管104上。包括磁鐵113A和傳感線圈113B的左側(cè)傳感器和包括磁鐵112A和傳感器線圈112B的右側(cè)傳感器分別在驅(qū)動(dòng)器121的左側(cè)與右側(cè)與流管104相關(guān)聯(lián)。磁鐵112A和113A固定于流管104上。傳感線圈112B和113B固定于支承結(jié)構(gòu)105上。
導(dǎo)管101在其下表面上裝有T形分支，此分支包括管段122和連接法蘭106，用于容納流管104以及其包含流管封套103和流管支承結(jié)構(gòu)105在內(nèi)的相關(guān)裝置。
流量計(jì)支承結(jié)構(gòu)105包括流量計(jì)基座法蘭107。流管104兩端裝接于流量計(jì)支承結(jié)構(gòu)105的支承件119和120上，它們的剛度足以在任何時(shí)候保持流管104的兩端固定不動(dòng)。
在支承件119與120之間的那部分流管響應(yīng)驅(qū)動(dòng)線圈121B激勵(lì)作橫向振動(dòng)。線圈113B和112B感知到流管的橫向振動(dòng)的速度。如果沒有物料流過流管，這些傳感器的輸出信號(hào)是完全相同的。在物料流過振動(dòng)著的流管時(shí)，除了來自傳感器113B的信號(hào)現(xiàn)在有一個(gè)小的相位滯后，而來自傳感器112B的信號(hào)有一個(gè)小的相位超前之外，傳感器113B的輸出與112B的完全相同。這些相位變化是由科氏加速度造成的，而整個(gè)相位差正比于流管104內(nèi)部的質(zhì)量流量。流管104外部的質(zhì)量流量進(jìn)行封套103的緣故是檢測(cè)不到的。
圖3表明流管104在受到驅(qū)動(dòng)器121激勵(lì)而以基頻振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)圖樣以及流管由于所產(chǎn)生的科氏力的結(jié)果而取的各種振動(dòng)圖樣。具有上部301A和下部301B的圖樣301表示在無物料流動(dòng)情況下由驅(qū)動(dòng)器121加給流管104的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。圖樣302和303表示由驅(qū)動(dòng)器121與所產(chǎn)生的科氏力的綜合效應(yīng)所形成的振動(dòng)圖樣。圖樣302具有上部302A和下部302B。圖樣303具有上部303A和下部303B。從頂部的最大偏移處下行的過程中，在流管的中點(diǎn)在橫向上穿過由流管二端點(diǎn)所確定的直線的那一時(shí)刻，流管具有由圖樣部分303A所代表的振動(dòng)圖樣。類似地，303B是流管從底部的最大偏移處上行過程中的振動(dòng)圖樣。這兩種圖樣表示了假設(shè)流動(dòng)從左向右進(jìn)行時(shí)流管在零線跨越處和振幅峰值的最左偏移。類似地，圖樣部分302A和302B表示了在它們?cè)跈M向上朝向頂部或底部最大點(diǎn)的過程中在跨越中心零點(diǎn)的那一時(shí)刻流管的形狀。所產(chǎn)生的科氏力導(dǎo)致流管偏移的形狀在由圖樣303所代表的最右偏移與由圖樣302所代表的最左偏移之間變化。質(zhì)量流速的函數(shù)，流管的左半與右半相對(duì)于彼此在時(shí)間上具有不同大小的滯后。因而相對(duì)于無物料流動(dòng)狀況下的圖樣302，在各流動(dòng)狀況中，流管左側(cè)在參照平面跨越處具有不同于右側(cè)的速度，正如圖樣302A和302B的不同振幅所描繪的那樣。類似地，圖樣303A和303B代表了由科氏力所造成的另一種偏移極端。不同的速度導(dǎo)致各傳感器線圈中所產(chǎn)生的速度信號(hào)之間出現(xiàn)滯后。圖3的各圖樣以夸大形式畫出以便于其理解。
圖1中的傳感線圈113B和112B檢測(cè)流管的速度—當(dāng)物料流動(dòng)時(shí)受科氏力影向—并把相應(yīng)的速度信號(hào)經(jīng)過導(dǎo)線116A和116B以及電纜123傳送到流量計(jì)電子裝置108的檢測(cè)器電路124。電纜123穿過接管盒132和支承結(jié)構(gòu)105的通道131。檢測(cè)器電路124從電纜123接收這種信號(hào)后作出反應(yīng)，向信號(hào)處理電路126輸出信息，此電路126產(chǎn)生關(guān)于導(dǎo)管中的物料流動(dòng)的質(zhì)量流量信息。零件140是一壓力密封件，用以防止空氣從封套103里面的加壓空氣漏入通道131。
接管盒132具有出入口蓋板133，借助螺紋接頭131固定到流量計(jì)基座法蘭107的底部上，并由螺紋接頭134固定到容納伸向驅(qū)動(dòng)電路125和檢測(cè)電路124的電纜123的接管上。
來自傳感器113B和112B的信號(hào)116A和116B表示與傳感線圈112B和113B相關(guān)聯(lián)的那部分流管104的瞬時(shí)速度。正如前述Smith的重頒專利所指出的，這些傳感器用來感知由振動(dòng)著的流管的位移所導(dǎo)致的流管上一些點(diǎn)的速度，這種位移由于當(dāng)物料流經(jīng)流管時(shí)科氏力與驅(qū)動(dòng)器121振蕩運(yùn)動(dòng)的綜合效應(yīng)引起。表示流管104相應(yīng)兩部分相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)之間的時(shí)間差△t的信號(hào)116A和116B提供給檢測(cè)器電路124然后再至信號(hào)處理電路126，此電路生成在導(dǎo)管101里面流動(dòng)的物料的質(zhì)量流量信息。檢測(cè)器電路104和信號(hào)處理電路126產(chǎn)生關(guān)于流經(jīng)流管104的物料的質(zhì)量流速信息。不過，由于導(dǎo)管101中的那部分物料與流經(jīng)流管104的那部分之間的關(guān)系是已知的，信號(hào)處理電路126就可利用這一關(guān)系，生成代表在導(dǎo)管101中流動(dòng)的全部物料的質(zhì)量流量信息的信息，并提供給導(dǎo)線127。
封套103圍繞著流管104，把流管104與在導(dǎo)管101中流動(dòng)的物料隔絕開來。在導(dǎo)管101中流動(dòng)的物料粘度會(huì)使得它同流管104外部的直接接觸可能對(duì)于由所產(chǎn)生成科氏力所加于流管104的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不利影響的各種場(chǎng)合下，這樣作是很必要的。希望的是這種科氏運(yùn)動(dòng)盡可能大，以便獲得有意義的測(cè)量結(jié)果；此外，它還不會(huì)受到圍繞著流管104的流體的粘度的影響。如果流管104的科氏運(yùn)動(dòng)受到導(dǎo)管101中流動(dòng)的物料的粘度的影響，情況就不會(huì)是所希望的這樣了。封套103把流管104與導(dǎo)管101中流動(dòng)的物料隔絕開來。
封套103由壓力調(diào)控器109加壓，調(diào)控器109的空氣出口經(jīng)由壓力平衡管110連通到包括流管104外部與封套103內(nèi)面之間的空間的腔穴。壓力平衡管110從壓力調(diào)控器109的出口伸出，并按照?qǐng)D1所示上行穿過支承結(jié)構(gòu)105而達(dá)到圍繞著流管104外部的空隙。壓力調(diào)控器109從傳感器111經(jīng)過路徑115獲取關(guān)于在導(dǎo)管101中流動(dòng)的物料壓力的輸入信息。壓力調(diào)控器109從傳感器111接收這一壓力信息，經(jīng)由壓力平衡管110提供輸出壓力，對(duì)封套103的內(nèi)表面施壓，使得圍繞著流管104外部的基座與在導(dǎo)管101中的流動(dòng)的物料處于同樣的壓力之下。由于在導(dǎo)管101中流動(dòng)的物料的一部分也以同樣的壓力流經(jīng)流管104，所以流管104的管壁內(nèi)外處于基本上相同的壓力之下，因而在流管104的內(nèi)外壁面之間存在接近于零的壓差。
封套103的形狀和尺寸使得流管104可以不受干擾地并不受在導(dǎo)管101中流動(dòng)的物料的粘度的影響而作橫向振蕩。由于流管104的內(nèi)外壁面之間存在零壓差，所以流管可以用較薄材料制成以使測(cè)量靈敏度增大。
如果需要的話，可以把微粒濾網(wǎng)102設(shè)置在流量計(jì)上游的導(dǎo)管中，以便從流動(dòng)物料中清除具有潛在危險(xiǎn)的顆粒。
流量計(jì)電子裝置108并未詳細(xì)畫出，因?yàn)檫@些細(xì)節(jié)不屬本發(fā)明的一部分。如果需要的話，流量計(jì)電子裝置108可以包括質(zhì)量流速電子元件20，此元件在1989年11月14日美國(guó)專利第4879911號(hào)的圖1、2和3中有詳細(xì)說明，此專利授于MichaelJ.Zolock并轉(zhuǎn)讓于本發(fā)明的受讓人。Zolock專利中的溫度信息由溫度傳感器140經(jīng)過伸向圖1中檢測(cè)器電路124的路徑195來提供。
圖4和圖5圖4和圖5描述本發(fā)明的另一項(xiàng)示例性優(yōu)選實(shí)施例，這適于涉及到對(duì)低密度和低粘度物料，比如氣體等類似物料，從事質(zhì)量流量測(cè)定的各種場(chǎng)合。它類似于圖1的示例性實(shí)施例，只有幾點(diǎn)例外。圖4和5的實(shí)施例畫成一段導(dǎo)管401，在導(dǎo)管401內(nèi)部嵌進(jìn)質(zhì)量流量計(jì)400。這一段導(dǎo)管可以配裝在供應(yīng)導(dǎo)管(未畫出)的適當(dāng)管段上。象圖1那樣，流管404設(shè)置在流經(jīng)導(dǎo)管401的物料里面。流管404在其正中處由磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器418支承，此驅(qū)動(dòng)器安裝在流量計(jì)支承結(jié)構(gòu)405的支座414上面。磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器418除了支承流管404之外，還使流管404以其固有共振頻率在其中點(diǎn)處發(fā)生橫向振蕩。流管的兩端由于驅(qū)動(dòng)力所激發(fā)的振動(dòng)可以自由地上下振動(dòng)。
磁鐵112A和113A固定于流管404的各端。在每個(gè)磁鐵的下方，傳感線圈113B和112B安裝在支承結(jié)構(gòu)419和420上面。流管404的兩端由于磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器414所施加的力而上下振蕩。傳感線圈113B和112B可檢測(cè)磁鐵112A和113A在它們的速度由于振動(dòng)力和科氏力而隨時(shí)發(fā)生變化時(shí)的速度，并生成正比于此速度的電壓信號(hào)。只由磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器418所施加的力而造成的流管基準(zhǔn)(無流動(dòng))振蕩類似于載荷作用下?lián)锨牧骸Ｔ谖锪显诹鞴苤辛鲃?dòng)的情況下，所生成的科氏力會(huì)與振動(dòng)著的流管里面的質(zhì)量流速成比例地改變兩個(gè)偏移量之間的時(shí)間關(guān)系。這一點(diǎn)以夸大試畫出在圖8之中了。基本上類似于圖3，描繪出來的各種形狀表明沒有和有通過流管404的流動(dòng)時(shí)在其上下運(yùn)動(dòng)期間，在參照平面跨越的那一時(shí)刻的流管形狀。
在圖4的示例性實(shí)施例中，由于低粘度物料(氣體或液體)在導(dǎo)管401中流動(dòng)，圖1的封套103以及相關(guān)的壓力平衡裝置就不需要了。低粘度物料不會(huì)顯著地影響流管的振蕩，因此就不再需要流管封套。作用在流管內(nèi)外壁面上的壓力本來就是相等的。這一點(diǎn)容許使用具有較薄壁部的流管404和需要較低的驅(qū)動(dòng)力。
驅(qū)動(dòng)電路425、檢測(cè)器電路424以及處理電路426的工作方式類似于圖1中的各對(duì)等電路，用來驅(qū)動(dòng)流管404，并測(cè)定其科氏運(yùn)動(dòng)，以生成關(guān)于導(dǎo)管401之中質(zhì)量流速的信息。元件440是壓力密封件，防止加壓的物料從導(dǎo)管401流向通道441。
圖8圖8以夸大方式表明由驅(qū)動(dòng)器414以流管基本共振頻率驅(qū)動(dòng)的流管404的一種振動(dòng)圖樣，以及由所生成的科氏力造成的流管的各種振動(dòng)圖樣。圖樣802具有上部802A和下部802B。圖樣803具有上部803A和下部803B。在流管自頂部向下運(yùn)動(dòng)期間，在流管中心處于其運(yùn)動(dòng)中心的那一時(shí)刻，流管具有由803A表示的振動(dòng)圖樣。803B是在流管從底部位置向上運(yùn)動(dòng)期間的振動(dòng)圖樣。假定流動(dòng)從左到右進(jìn)行，這就表示流管振幅峰值的最右偏移。類似地，圖樣部分802A和802B表示在其朝向頂部或底部最大點(diǎn)橫移期間的流管形狀。受驅(qū)振動(dòng)與所生成的科氏力相結(jié)合會(huì)導(dǎo)致流管在某一給定點(diǎn)上的偏移的形狀隨時(shí)間在由圖樣803所表示的最右偏移與由圖樣802所表示的最左偏移之間變化。如這些圖樣所示，由于科氏力的緣故，流管左和右端相對(duì)于被此自參照平面804起具有不同大小的時(shí)間滯后。因而，與表明無流動(dòng)狀況的圖樣802相反，在流動(dòng)狀況下，流管左端速度不同于右端的速度，如圖樣802A和802B的形狀所示。圖樣部分803A和803B表示在另一半振動(dòng)循環(huán)期間由科氏力所導(dǎo)致的另一偏移極端。科氏力造成了流管兩端速度之間的這種時(shí)間滯后，如圖樣802A和B以及803A和B所示。速度差可由線圈112B和113B的輸出信號(hào)之間的時(shí)間滯后表示。這種信號(hào)以類似于圖1中所描繪的方式被發(fā)送至檢測(cè)器電路424。
圖6表明本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例，其中導(dǎo)管601具有相對(duì)于導(dǎo)管其余部分來說直徑增大的一個(gè)中段。此中段的側(cè)面是半圓形的，與圍繞著設(shè)置于導(dǎo)管601之中的流管604的半圓形封套603相配。導(dǎo)管601、流管封套603和流管604在大多數(shù)方面分別類似于導(dǎo)管101、封套103和流管104。封套603的頂部和底部在外形上都是半圓的。導(dǎo)管601的中段比起導(dǎo)管的其余部分來具有稍大的直徑，并且外形做成半圓的，以便匹配流管封套603的半圓外形。導(dǎo)管601的這一加寬段會(huì)使物料容易通過導(dǎo)管601和使物料流繞過流管封套603。具有較大直徑的這一段提供了一條繞過流管封套603的流動(dòng)通道，比起導(dǎo)管具有不變直徑的情況來，其阻抗較小。直徑增大后的面積抵銷了封套603所形成的物料流動(dòng)阻抗。這就使得導(dǎo)管601里面的物料流作為層流繞過物料流轉(zhuǎn)向繞過流管封套603的那些部分。
圖7表明在其左端具有漏斗狀開孔701的流管704。流管704可以設(shè)置在象圖1中導(dǎo)管101那樣的流動(dòng)導(dǎo)管里面。漏斗狀端部701的目的是，當(dāng)流管設(shè)置在像導(dǎo)管101或601那樣的較大導(dǎo)管之中時(shí)，增大通過流管704的物料流的數(shù)量以及流動(dòng)速度。漏斗段701右側(cè)的虛線表示一個(gè)象圖6中封套603那樣的封蓋板。如果需要的話，流管704可以設(shè)置在一個(gè)象601那樣具有直徑增大的中心段的導(dǎo)管里面，以便保持繞過流管704側(cè)面附近的層流的物料流。由端部701所形成的被增大的流動(dòng)速度會(huì)提高流管對(duì)于科氏力的靈敏度。
顯然可以理解的是，所申明的本發(fā)明不應(yīng)局限于優(yōu)選實(shí)施例的說明，而是可以包括處于本發(fā)明原理的范圍和精神之內(nèi)的其他各種修改和變更。因而，檢測(cè)器112、113可以具有包括光學(xué)型、位置型、加速度型或速度型在內(nèi)的任何適當(dāng)類型。驅(qū)動(dòng)器121可以具有任何適當(dāng)?shù)碾姶判褪健?br> 權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，用于取得在導(dǎo)管中流動(dòng)的物料質(zhì)量流量信息，所述設(shè)備包括固定不動(dòng)的導(dǎo)管，用于使得物料在其中沿著基本上平行于所述導(dǎo)管的縱向軸線的方向流動(dòng)；流管，設(shè)置在所述導(dǎo)管里面，所述流管的縱向軸線是固定不動(dòng)的，并基本上平行于所述導(dǎo)管的所述縱向軸線，使得通過所述導(dǎo)管的所述物料流的一部分流過所述流管，并且所述導(dǎo)管之中的所述物料流的速度基本上等于所述流管之中的所述物料流的速度；驅(qū)動(dòng)裝置，用于使所述流管相對(duì)于其縱向軸線作橫向振動(dòng)；傳感器裝置，用于檢測(cè)由作用在所述流管上面的科氏力導(dǎo)致的所述流管各部分的橫向撓曲運(yùn)動(dòng)，科氏力是當(dāng)所述流管由所述驅(qū)動(dòng)裝置使之振動(dòng)時(shí)所述物料沿著所述流管的縱向軸線通過所述流管的流動(dòng)所造成的；信號(hào)處理裝置；以及用于從所述傳感器裝置向所述信號(hào)處理裝置提供輸出信號(hào)以便生成關(guān)于通過所述導(dǎo)管的所述物料流的質(zhì)量流量信息的裝置。
2.一種設(shè)備，用于取得在導(dǎo)管中流動(dòng)的物料的質(zhì)量流量信息，所述設(shè)備包括固定不動(dòng)的導(dǎo)管，用于使得物料在其中沿著基本上平行所述導(dǎo)管的縱向軸線的方向流動(dòng)；基本上平直的流管，設(shè)置在所述導(dǎo)管里面，具有基本上平行于所述導(dǎo)管的所述縱向軸線的固定不動(dòng)的縱向軸線；所述流管可以有效地使得通過所述導(dǎo)管的所述物料流的一部分從中流過，而所述導(dǎo)管之中的所述物料流的速度基本上等于所述流管之中的所述物料流的速度；驅(qū)動(dòng)裝置，固定于所述流管的縱向中心，用于向所述流管的一部分施加橫向振蕩運(yùn)動(dòng)；所述流管不裝接于除了所述驅(qū)動(dòng)裝置以外的任何結(jié)構(gòu)；傳感器裝置，與所述流管相關(guān)聯(lián)，用于檢測(cè)由科氏力導(dǎo)致的所述流管的橫向撓曲運(yùn)動(dòng)，科氏力是當(dāng)所述流管由所述驅(qū)動(dòng)裝置使之沿橫向振蕩時(shí)所述物料通過所述流管的流動(dòng)所造成的；信號(hào)處理裝置；以及用于從所述傳感器裝置向所述信號(hào)處理裝置提供輸出信號(hào)，以便生成關(guān)于流過所述導(dǎo)管的所述物料的質(zhì)量流量信息的裝置。
3.如權(quán)利要求2中所述的設(shè)備，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器。
4.如權(quán)利要求2中所述的設(shè)備，其特征在于所述流管的外表面接觸流過所述導(dǎo)管的物料，以便使得所述流管能夠?qū)τ谖锪狭髟谄鋬?nèi)外表面上所生成的科氏力作出反應(yīng)。
5.如權(quán)利要求2中所述的設(shè)備，其特征在于所述傳感器裝置包括第一傳感器，設(shè)置在所述流管的一端附近；第二傳感器，設(shè)置在所述流管中的第二端附近；以及用于從每一所述第一和第二傳感器向所述信號(hào)處理裝置提供分別的信號(hào)的裝置，所述分別的信號(hào)表示所述流管的各部分由所述所生成的科氏力所造成的分別的橫向運(yùn)動(dòng)；以及所述信號(hào)處理裝置對(duì)所述分別的信號(hào)的提供作出反應(yīng)，以便取得所述質(zhì)量流量信息。
6.一種設(shè)備，用于取得流過導(dǎo)管的物料質(zhì)量流量信息，所述設(shè)備包括基本上平直的流管，設(shè)置在所述導(dǎo)管里面，具有基本上平行于所述導(dǎo)管的縱向軸線的縱向軸線；所述流管可以有效地使得通過所述導(dǎo)管的所述物料流的一部分從中流過；驅(qū)動(dòng)裝置，與所述流管相關(guān)聯(lián)，用于向所述流管的一部分施加橫向振蕩運(yùn)動(dòng)；傳感器裝置，與所述流管相關(guān)聯(lián)，用于檢測(cè)由科氏力導(dǎo)致的所述流管的橫向運(yùn)動(dòng)，該科氏力是當(dāng)所述流管由所述驅(qū)動(dòng)裝置使之沿橫向振蕩時(shí)所述物料通過所述流管的流動(dòng)所造成的；封套，圍繞所述流管，把所述流管與所述導(dǎo)管之中的物料隔絕開來，從而所述流管的橫向運(yùn)動(dòng)不會(huì)被所述導(dǎo)管之中在所述流管之外的所述物料的粘度影響；信號(hào)處理裝置；以及用于從所述傳感器裝置向所述信號(hào)處理裝置提供輸出信號(hào)，以便生成關(guān)于通過所述導(dǎo)管的所述物料流的質(zhì)量流量信息的裝置。
7.如權(quán)利要求6中所述的設(shè)備，所述設(shè)備還有壓力調(diào)控裝置，此裝置具有用于檢測(cè)在所述導(dǎo)管中流動(dòng)的所述物料的壓力的裝置；以及用于保持所述封套的內(nèi)表面與所述流管的外表面之間的空隙具有基本上等于在所述導(dǎo)管中流動(dòng)的所述物料流壓力的壓力的裝置。
8.如權(quán)利要求6中所述的設(shè)備，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)裝置連接于所述流管的中部；其中所述設(shè)備還包括支承裝置，連接于所述流管的第一端和第二端，以制止所述流管所述兩端的橫向運(yùn)動(dòng)；以及所述傳感器裝置包括第一和第二傳感器，每個(gè)傳感器連接于所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述支承裝置之間。
9.如權(quán)利要求8中所述的設(shè)備，還結(jié)合有一種裝置，用于從每一所述第一和第二傳感器向所述信號(hào)處理裝置提供分別的信號(hào)，所述各信號(hào)表示由所述所生成的科氏力所造成并且與所述各傳感器相關(guān)聯(lián)的所述流管的所述部分的分別的橫向運(yùn)動(dòng)；以及所述信號(hào)處理裝置可對(duì)所述分別的信號(hào)的所述提供作出反應(yīng)，以便取得所述質(zhì)量流量信息。
10.如權(quán)利要求6中所述的設(shè)備，其特征在于所述流管由所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，以其基頻進(jìn)行振蕩。
11.如權(quán)利要求6中所述的設(shè)備，其特征在于所述導(dǎo)管包括T形管段，而且其中所述設(shè)備還具有一種裝置，用于把所述封套和所述流管和所述驅(qū)動(dòng)裝置和所述傳感器裝置和所述支承裝置通過所述導(dǎo)管上的開孔裝入所述導(dǎo)管，此開孔垂直于所述導(dǎo)管上所述物料流過的開口。
12.如權(quán)利要求6中所述的設(shè)備，其特征在于所述封套是橢圓形的，而且其中靠近所述封套的所述導(dǎo)管的一部分具有相匹配的橢圓形，形成流動(dòng)型線的變化以適應(yīng)由所述封套的橢圓形所導(dǎo)致的流動(dòng)型線的擾動(dòng)。
13.如權(quán)利要求6中所述的設(shè)備，還具有連接于所述流管的入口一端的漏斗裝置，形成流動(dòng)型線的變化以適應(yīng)所述導(dǎo)管之中所述流管所導(dǎo)致的流動(dòng)型線的擾動(dòng)。
14.一種用于取得在導(dǎo)管中流動(dòng)的物料質(zhì)量流量信息的方法，此流動(dòng)沿著平行于所述導(dǎo)管的縱向軸線方向，所述方法包括以下步驟在固定不動(dòng)的導(dǎo)管里面設(shè)置流管，所述流管的縱向軸線是固定不動(dòng)的，并且基本上平行于所述導(dǎo)管的所述縱向軸線，以使通過所述導(dǎo)管的物料流的一部分從中流過，并且所述導(dǎo)管之中的所述物料流的速度基本上等于所述流管之中的所述物料流的速度；啟動(dòng)與所述流管相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)裝置，用以向所述流管的一部分施加橫向振蕩運(yùn)動(dòng)；啟動(dòng)所述流管傳感器裝置，用以檢測(cè)由作用在所述流管上面的科氏力導(dǎo)致的所述流管的撓曲運(yùn)動(dòng)，科氏力是當(dāng)所述流管由所述驅(qū)動(dòng)裝置使之振蕩時(shí)所述物料通過所述流管的流動(dòng)所造成的；以及從所述傳感器裝置向信號(hào)處理裝置提供的輸出信號(hào)，以便生成關(guān)于通過所述導(dǎo)管的所述物料流的質(zhì)量流量信息。
15.一種用于取得在導(dǎo)管中流動(dòng)的物料質(zhì)量流量信息的方法，此流動(dòng)沿著平行于所述導(dǎo)管的縱向軸線方向，所述方法包括在固定不動(dòng)的導(dǎo)管里面設(shè)置基本上平直的流管，所述流管具有固定不動(dòng)的并且基本上平行于所述導(dǎo)管的縱向軸線的縱向軸線；所述流管可以有效地使得通過所述導(dǎo)管的物料流的一部分從中流過，并且所述導(dǎo)管之中的所述物料流的速度基本上等于所述流管之中的所述物料流的速度；啟動(dòng)固定于所述流管的縱向中心的驅(qū)動(dòng)裝置，用于向所述流管的各部分施加橫向振蕩運(yùn)動(dòng)；所述流管不裝接于除了所述驅(qū)動(dòng)裝置以外的任何結(jié)構(gòu)；使傳感器裝置關(guān)聯(lián)于所述流管，用以檢測(cè)由科氏力導(dǎo)致的所述流管的橫向撓曲運(yùn)動(dòng)，科氏力是當(dāng)所述流管由所述驅(qū)動(dòng)裝置使之在橫向上振蕩時(shí)所述物料通過所述流管的流動(dòng)所造成的；以及從所述傳感器裝置向信號(hào)處理裝置提供輸出信號(hào)，以便生成關(guān)于流過所述導(dǎo)管的所述物料流動(dòng)的質(zhì)量流量信息。
16.如權(quán)利要求15中所述的方法，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)裝置包括磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器。
17.如權(quán)利要求15中所述的方法，其特征在于所述流管在所述導(dǎo)管之中設(shè)置得使所述流管的外部接觸流過所述導(dǎo)管的物料，用以使得所述流管能夠?qū)τ谟伤鑫锪系牧鲃?dòng)在所述流管內(nèi)外表面上生成的科氏力作出反應(yīng)。
18.如權(quán)利要求15中所述的方法，其特征在于所述傳感器裝置包括第一傳感器，設(shè)置在所述流管的一端附近；第二傳感器，設(shè)置在所述流管的第二端附近；以及所述方法還包括如下步驟，即從每一第一和第二傳感器向所述信號(hào)處理裝置提供分別的信號(hào)，所述分別的信號(hào)表示由所述所產(chǎn)生的科氏力導(dǎo)致的所述流管各部分的分別的橫向運(yùn)動(dòng)；以及所述信號(hào)處理裝置可對(duì)所述分別的信號(hào)的所述提供作出反應(yīng)，以便取得所述質(zhì)量流量信息。
19.一種用于取得流過所述導(dǎo)管的物料的質(zhì)量流量信息的方法，包括在導(dǎo)管里面嵌裝基本上平直的流管，使得所述流管的縱向軸線基本上平行于所述導(dǎo)管的縱向軸線；所述流管使得通過所述導(dǎo)管的物料流的一部分從中流過；使用驅(qū)動(dòng)裝置向所述流管的一部分施加橫向振蕩運(yùn)動(dòng)；使傳感器裝置與所述流管相關(guān)聯(lián)，用以檢測(cè)由科氏力導(dǎo)致的所述流管的橫向運(yùn)動(dòng)，科氏力是當(dāng)所述流管由所述驅(qū)動(dòng)裝置使之在橫向上振蕩時(shí)所述物料通過所述流管的流動(dòng)所造成的；用封套圍繞所述流管，把所述流管與所述導(dǎo)管之中的物料隔絕開來，從而所述流管的橫向運(yùn)動(dòng)可以不受所述導(dǎo)管之中的所述流管以外的所述物料粘度的影響；以及從所述傳感器裝置向信號(hào)處理裝置提供輸出信號(hào)，用以生成關(guān)于通過所述導(dǎo)管的所述物料流的質(zhì)量流量信息。
20.如權(quán)利要求19中所述的方法，其特征在于所述方法還包括以下各步驟檢測(cè)流動(dòng)于所述導(dǎo)管之中的所述物料的壓力；以及保持所述封套的內(nèi)表面與所述流管的外表面之間的空間具有基本上等于在所述導(dǎo)管中流動(dòng)的所述物料的壓力的壓力。
21.如權(quán)利要求19中所述的設(shè)備，其中所述驅(qū)動(dòng)裝置連接于所述流管的中部；支承裝置連接于所述流管的第一端和第二端，以禁止所述流管的所述兩端的橫向運(yùn)動(dòng)；以及所述傳感器裝置包括第一和第二傳感器，它們的每一個(gè)連接在所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述支承裝置之間。
22.如權(quán)利要求21中所述的方法，還結(jié)合以下各個(gè)步驟從每一所述第一和第二傳感器向所述測(cè)量裝置提供分別的信號(hào)，所述信號(hào)表示由所述所產(chǎn)生的科氏力導(dǎo)致并與所述傳感器相關(guān)聯(lián)的所述流管的所述各部分分別的橫向運(yùn)動(dòng)；以及所述信號(hào)處理裝置可對(duì)所述分別的信號(hào)的所述提供作出反應(yīng)，以便取得所述質(zhì)量流量信息。
23.如權(quán)利要求19中所述的方法，其特征在于所述流管由所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，以其基頻進(jìn)行振蕩。
24.如權(quán)利要求19中所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)管包括T形管段，而且其中所述方法還包括以下步驟把所述封套和所述流管和所述驅(qū)動(dòng)裝置和所述傳感器裝置和所述支承裝置通過所述導(dǎo)管上的開孔裝入所述導(dǎo)管中，此開孔垂直于所述物料從中流過的所述導(dǎo)管的開口。
25.如權(quán)利要求19中所述的方法，其特征在于所述封套是制成橢圓形的，而且其中靠近所述封套的所述導(dǎo)管的一部分具有相匹配的橢圓形，提供流動(dòng)型線的變化以適應(yīng)由所述封套的橢圓形而導(dǎo)致的流動(dòng)型線的擾動(dòng)。
26.如權(quán)利要求19中所述的方法，還結(jié)合以下步驟，即把漏斗裝置連接于所述流管的入口一端，提供流動(dòng)型線的變化以適應(yīng)由所述導(dǎo)管之中的由所述流管所引起的流動(dòng)型線的擾動(dòng)。
全文摘要
一種質(zhì)量流量計(jì)，流管嵌裝在包含物料流的導(dǎo)管之內(nèi)。取得導(dǎo)管之內(nèi)物料流的質(zhì)量流量信息的辦法是生成設(shè)置于導(dǎo)管之內(nèi)的較小流管中流動(dòng)的物料流的質(zhì)量流量信息，以及隨后調(diào)整針對(duì)流管的計(jì)算結(jié)果以提供出對(duì)導(dǎo)管的質(zhì)量流量信息。按照本發(fā)明的第一實(shí)施例，圍繞流管設(shè)置加壓封套，把流管的外表面與導(dǎo)管之中的物料隔絕開來。把流管外部與封套之間的空間加壓到其壓力等于導(dǎo)管之中物料的壓力。流管管壁的兩側(cè)均處于相同的壓力之下，以致可以采用由較薄和較軟材料構(gòu)成的流管。按照本發(fā)明的第二實(shí)施例，不使用封套，流管直接嵌裝在導(dǎo)管之中，而且流管的外壁接觸導(dǎo)管之內(nèi)的物料。這一實(shí)施例在導(dǎo)管物料具有低粘度的各種場(chǎng)合是有利的。帶有加壓封套的實(shí)施例適用于高粘度物料的各種場(chǎng)合較理想。
文檔編號(hào)G01F5/00GK1118624SQ94191305
公開日1996年3月13日 申請(qǐng)日期1994年1月18日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月25日
發(fā)明者P·Z·卡洛泰, J·D·蒂特洛 申請(qǐng)人:微動(dòng)公司