专利名称：有波纹流动管的科里奥利(Coriolis)流量计的制作方法
技术领域：
本发明的领域本发明涉及科里奥利(Coriolis)流量计，具体地说，涉及有波纹流动管的科里奥利(Coriolis)流量计。
背景技术：
本技术中已经知道直管型科里奥利(Coriolis)质量流量计。它们可以由有单一直流动管，围绕着该流动管的一个圆柱平衡管以及一个静止的较大的外壳的流量计构成，该外壳包围着该流动管和该平衡管。在每一端由一根支柱杆把平衡管刚性地固定到流动管上。厚的端板把外壳以它的每一端固定到流动管上。流动管越过外壳端部伸展，并被法兰连接到管线上。流量计外壳对于被包围在外壳中的流量计元件提供了物理上的保护。这些元件可以包括敏感的装置，比如驱动器、传感器和有关的电子元件。希望在物理上保护这些元件不受流量计使用的环境的影响。有利地由足够厚的相对较强的材料制成的外壳提供了这种保护。
在使用时，用电机械方法使流动管振动，相对于平衡管移动相位，设置平衡管用来减小可能与单一的非平衡的流动管有关的振动。这些振动把科里奥利(Coriolis)加速度施加到通过该流动管流动的物料上。对科里奥利(Coriolis)加速度的反作用力对流动管的振动模式的形状造成一个小的变形。连接到流动管上或与流动管有关的传感器测量此变形。这些传感器可以为速度型的或者为位移型的。物料流速与由位置沿着直流动管的长度的两个这样的传感器所产生的信号之间的时间延迟或相位延迟成正比。也可以使用单一的传感器。把传感器的输出信号施加到电子装置上，该电子装置得出所需要的对于流动管中的物料的信息，比如质量流速。
也已经知道双直管型科里奥利(Coriolis)流量计。这些流量计与单直管流量计类似，区别只是它们有与第一流动管平行的一个第二流动管。此第二流动管代替了单流动管流量计实施例的平衡棒。把两个流动管在它们的端部连接到流动分流歧管上，该分流歧管在两个流动管之间分开所接收物料流。双流动管流量计可以有也可以没有把流动管彼此连接起来的支柱。双管科里奥利(Coriolis)质量流量计的管彼此相对振动移动相位，而不是相对于一个平衡管移动相位。除此以外，它们的工作与单一的直管流量计是相同的。
在两种类型的直管科里奥利(Coriolis)流量计中的质量流量测量都取决于由物料流和同时发生的流动管经受的电机械振动所产生的科里奥利(Coriolis)作用力所造成的流动管的变形或弯曲。常常希望科里奥利(Coriolis)质量流量计有达到读数的百分之0.1的精度。为了达到此精度，流动管的变形必须只取决于所产生的科里奥利(Coriolis)作用力，而不受外部作用力和应力的影响，比如由在流量计的不同部分之间工作温度的差别所产生的应力。这些应力可能在流动管中产生不希望有的轴向拉伸或压缩。
轴向拉伸倾向于使流动管变硬，并使它们对所产生的科里奥利(Coriolis)作用力的响应变弱。这造成由科里奥利(Coriolis)作用力所产生的真实的流量信息的读数较低。同样，轴向的压缩使流动管变软，造成所产生的科里奥利(Coriolis)流量信息的读数较高。在传统上，直管科里奥利(Coriolis)流量计的制作已经使外壳的端部特别硬，从而由外面施加的负载所产生的作用力被刚硬的外壳端部传递到外壳上，而不会传递到流动管上。这成功地把流动管与外部负载隔离开，但是，外壳和外壳端部的硬度造成由流动管的热膨胀/收缩和在流动管与流量计之间的温度差产生的问题。
在直管科里奥利(Coriolis)流量计中，在流动管中的物料与流量计外壳外面的空气之间常常存在的温度差可能使流动管有不同于壳体的温度。这造成流动管的热膨胀的数量与外壳的不同。刚硬的外壳端部限制此不同的膨胀，并产生一个轴向作用力，此作用力在轴向上压缩(或拉伸)流动管，在流动管中造成高的轴向应力，并造成所显示的流速有误差。
因此，流动管与它的外壳之间的温度差造成在流动管上的轴向应力，或者是轴向的压缩，或者是轴向的拉伸。除了影响流量计精度以外，这些应力可能超过构成流动管的材料的屈服应力。轴向的拉伸应力可能把流动管与外壳端部剪切开，或可能剪切流动管自身。应力也可能使流动管材料永久变形，从而永久地改变它的校正因子，并使它变得无用。例如，如果不锈钢流动管为20英寸长，并比外壳热200华氏度(F°)，它将比外壳多膨胀0.036英寸。如果外壳和外壳端部是相对较硬的，此膨胀可能在流动管中产生每平方英寸大约50000磅的压缩应力。此应力可能足够高，使流动管屈服或变形。当流动管比外壳更冷时，存在类似的情况，区别只是应力是拉伸而不是压缩。
在传统上使用两种装置来减小由热引起的应力。它们中最常用的是用热膨胀系数比制作外壳的材料低的材料制作流动管。典型地使用钛来制作流动管，因为钛的热膨胀系数低，并有好的耐腐蚀能力。不锈钢的热膨胀系数大约为钛的两倍，用它来制作外壳。由较热(在此示例中)的流动管流入的热量和到较冷的大气的热量损失确定外壳的温度。通过适当地设计由流动管到外壳的导热路径，把流量计设计成使外壳的平衡温度为物料流温度与周围空气温度之间的中点。因为外壳的膨胀系数是流动管的两倍，这造成流动管的轴向应力，此应力与流体的温度无关。然而，在管与外壳之间的热膨胀系数的差别确保了管的应力现在是周围温度的函数。在热的天气下，外壳将比管膨胀得更多，造成管拉伸，而在冷的天气下，外壳将比管收缩得更多，造成管压缩。这种对热应力的固定只是用对流体温度的灵敏度换取对周围温度的灵敏度。
用不同的材料制作外壳和流动管的另一个重要的问题是制作成本。钛是昂贵的，并且难以加工。不能用传统的过程把它焊接到不锈钢上，只能很困难地把它铜焊到不锈钢外壳上。
另外的广泛使用的减小热引起的管应力的方法是设计一种进入流动管的几何应变释放装置。弯曲管流量计属于这一类。它包括流动管为U形、V形以及有非直管的所有其它不规则形状的流动管的流量计。在直管流量计的情况下，应变释放装置传统上位于外壳端部与靠近外壳端部的支柱杆件之间。在此位置，流动管在动力学上是不活动的，因此，应变释放装置的本质不影响流动管的振动部分的动力学。所使用的应变释放装置的各种设计中有O环、滑动接头、金属波纹管以及流动管直径的缩小，它起一个薄膜的作用。这些应变释放装置的方法适当地起到了它们预想的功能，但是它们有它们自己特殊的问题。
采用波纹管和滑动接头设计的主要问题是它们不容易清洗。这是一个重要的问题，它在于可清洗能力是客户选择直管流量计的最通常的原因之一。采用靠近管端使流动管直径收缩用作应变释放装置的流量计常常有流体压力降较大的缺陷。也有其它的几何形状设计，但是，它们都有缺点，比如可清洗能力、压力降或排放能力。
上面讨论了与流动管与包围的外壳之间的热应力有关的问题。在有固定到流动管上的平衡管的单一流动管流量计中，就温度差和热应力而言，平衡管与流动管之间的关系与外壳与流动管之间的关系相同。通常靠平衡管的端部把平衡管刚硬地固定到流动管上。因此，流动管与平衡管之间的膨胀问题与上面描述的在流动管与外壳之间的膨胀问题相同。
也应该认识到，虽然有多种技术用来使有厚的不易弯曲的外壳的流量计的流动管膨胀/收缩问题变得最小，但是，没有一个没有缺陷。特别是，热梯度和环境温度改变的问题依然没有解决。
解决方案本发明克服上面描述的问题，并在本技术中得到一个进展，这是通过提供一种流量计实现的，在其中流动管的几何形状使它们在动力学上活动的区域在轴向上是柔性的。流动管的轴向上的柔性使它们可以在轴向上相对于流量计外壳和平衡管(当存在时)收缩和膨胀，从而减小了在流动管上的轴向应力。这使得流动管，流量计外壳和平衡管可以用相同的材料制作。进而，通过在流动管的动力学上活动的区域设置柔性区域，可以把流量计做成关于测量流量和密度有更高的精度。
本发明的流动管比先有技术的流动管获得更大的轴向柔性，这是通过在它们的动力学上活动的区域而不是在它们的动力学上不活动的区域的波纹形状实现的。这些波纹部分类似于在通常不锈钢管道中的波纹部分，在于在管道的轴向方向上出现管道直径的周期性的增大和减小。波纹部分提高了流动管的轴向柔性，这是通过把流动管壁由于纯的拉伸或压缩而产生的轴向的变形，如在直壁流动管中所看到的那样，改变成壁的弯曲加上大大降低了的拉伸和压缩实现的。带波纹的流动管的壁的弯曲是不对称的，这使得当在轴向上变形时流动管仍保持是直的。
因此，带波纹的流动管解决了热应力问题，这是因为有比流动管较低温度的包围的流量计外壳和/或平衡杆可以在轴向上压缩带波纹的流动管，而不产生足以损坏流动管或明显改变流量灵敏度的应力。同样，比流动管温度高的包围的流动管外壳和/或平衡管可以在轴向上拉伸带波纹的流动管，而不会损坏或改变灵敏度。
在流动管的动力学上活动的区域的波纹部分有进一步的好处比传统的流动管提高了对物料流量的灵敏度。带波纹的管除了可以用非常小的作用力在轴向上压缩并且没有永久变形以外，它可以以非常小的作用力弯曲，并且没有永久变形。在弯曲时使流动管变软对流量计的灵敏度有三个效应。这些效应中的两个彼此抵消，而第三个效应提高了流量灵敏度。一个带均匀波纹的流动管降低了刚硬度，这造成较低的驱动频率。频率降低有两个效应。第一，它降低了对于一个给定的物料流速的科里奥利(Coriolis)作用力。科里奥利(Coriolis)作用力正比于管的角速度。流动管频率的降低减小了角速度和科里奥利(Coriolis)作用力。作用力减小造成(流动引起的)管的变形的减小。流动引起的管的变形的减小造成被两个流动管传感器产生的信号之间的时间延迟的减小，此外，频率的降低也造成管速度的减小。管速度的减小造成对于给定的管变形较长的时间延迟。结果是管速度减小(时间延迟增加)和科里奥利(Coriolis)作用力减小(时间延迟减小)的效果彼此抵消，造成在传感器之间的时间延迟(流量信号)与频率无关。
波纹对流量计灵敏度的第三效应是更容易弯曲造成对所产生的科里奥利(Coriolis)作用力有更大的响应。净效果是带波纹的流动管的流量计对物料流的灵敏度比带有传统的流动管的流量计的灵敏度明显地大。驱动频率降低的效果被管速度减小的效应抵消。然而，管对科里奥利(Coriolis)作用力的响应提高造成流量计灵敏度的净提高。
波纹部分沿着流动管的位置不需要是均匀的，并且，实际上，波纹部分的位置不均匀有若干好处。没有物料流时由驱动振动产生的流动管的变形的形状作为驱动模式形状。它有两个点被称为拐点，流动管曲率的方向在这些点改变。对于围绕这些拐点的一个小的区域，没有曲率，因此，可能不存在弯曲力矩。(在通常为直的管上的一个弯曲力矩总造成一个变弯的管。)因为在驱动模式的拐点没有弯曲力矩，波纹部分可以设置在那里，它们容易弯曲将对驱动模式形状或流动管驱动频率几乎没有任何影响。然而，在科里奥利(Coriolis)偏折形状中，在管上的这些同样的位置(驱动模式拐点)有很大的曲率和弯曲力矩。因此，在这些位置(驱动模式拐点)的波纹部分造成关于所产生的科里奥利(Coriolis)作用力的刚硬度减小很多。在物料流动期间，管在驱动模式形状中周期性地折转，同时(有90度的相位移动)被科里奥利(Coriolis)作用力变形。因此，选择性地把波纹部分设置在对于驱动模式的拐点使流量计有高的驱动频率和高的科里奥利(Coriolis)作用力，并且，同时对于科里奥利(Coriolis)作用力有高的灵敏度。
把波纹部分设置在流动管振动模式拐点处从而对流动管的刚硬度或在该模式中的频率几乎没有影响，或另外设置在流动管的高弯曲点从而对流动管刚硬度和频率有大的影响，可以利用这些设置来调谐除了驱动模式以外的振动模式。例如，有时在驱动模式的若干倍的频率将出现一个较高的振动模式。这可能引起对流动信号的干扰，此流动信号是由在驱动频率下测量管的变形得出的。这种干扰可以通过采用在流动管的一个区域的波纹部分移动流动管的频率之一来避免，在流动管的那个区域，一个模式形状有高的弯曲，而另一个模式形状有低的弯曲或是一个拐点。
带波纹流动管的另一个优点在于使用波纹部分使得可以以较高的精度测量材料密度。科里奥利(Coriolis)流量计由流动管在驱动模式中的自然频率测量密度。通过记录包含两种密度已知的不同材料(通常为空气和水)的流动管的自然频率，对密度校正流动管。随后，通过由它们的自然频率内插(或外推)确定另外材料的密度。在空气与水之间流动管频率移动大将比小的频率移动有更高的密度分辨率。带波纹的流动管由于波纹部分增加的包容体积在空气与水之间有更高频率移动，因此有比直壁管更高的密度精度。
把波纹部分设置在流动管的动力学上活动的区域的另一个好处在于这样作使得对于多个波纹部分有足够空间，而不用增加流量计的长度。多个波纹部分容许每个波纹部分较小，因为每个波纹部分需要容纳较少的轴向弯曲量。例如，如果由于热的差别流动管要膨胀/收缩一个给定的数量，并且，如果想释放由于此热膨胀/收缩在流动管上的轴向应力，那么，应该认识到必须被每个波纹部分容纳的膨胀/收缩的数量与能用来容纳膨胀/收缩的波纹部分的数量有关。这些多个小波纹部分的特征在于，大直径与小直径之间的差别比较大的波纹部分的差别要小。这种较小的差别使得清洗管的能力更好，并且，压力降比有少数大波纹部分的管要小。
附图的简要描述通过阅读下面的与附图联系起来的详细描述可以更好地理解本发明的这些和其它优点和目的，在附图中
图1示出了有波纹的直管科里奥利(Coriolis)流量计；图2示出了有波纹流动管的双直管科里奥利(Coriolis)流量计；图3和4示出了有一对基本上为U形的波纹流动管的科里奥利(Coriolis)流量计，这些流动管只在流动管的一部分上有波纹；图5示出了一种科里奥利(Coriolis)流动管，它有带波纹的外部和平滑的没有波纹的内部；
图6和7示出了图1所示直的科里奥利(Coriolis) 流动管可能出现的振动模式中的某些的模式形状。
详细描述图1示出了有波纹流动管110的科里奥利(Coriolis)流量计100，它被一个圆柱形平衡杆104和外壳103包围着，外壳103围绕着平衡杆104和流动管110。流动管110的端部穿过外壳端部108伸展，并被固定到法兰109上，这些法兰进而可以被固定到流动系统(未画出)上。流动管有一个入口114和一个出口116。短管111把入口114连接到流动管110的端部112上，而短管111把出口116连接到流动管110的端部117上。把端部112刚硬地固定到外壳端部108和平衡杆104的端部113上。把端部117刚硬地连接到外壳右端108和圆柱形平衡杆104的右端113上。
把与传感器S1、S2和驱动器D有关的磁铁M装到流动管110上。导体124、125和126分别把传感器件S1、S2和驱动器件D连接到流量计电子装置102上，此电子装置包括已经熟知的电路，此电路是通过路径125把驱动信号加到驱动器D上和通过路径124和126接受表示流动管110的科里奥利(Coriolis)振动的传感器信号所需要的。流量计电子装置102接受传感器信号，并以一种已经知道的方式得出关于通过流动管110的物料流动的信息。此信息可以包括物料密度、体积流速以及物质流速，并把此信息加到路径123上。
在流量计100工作时，在流动管110、周围的圆柱形平衡杆104与周围的圆柱形外壳103之间可能出现热的差别。这些热的差别可能在流动管110中引起轴向应力，这是因为要相对于这些热的改变使平衡杆104和/或外壳103试图膨胀/收缩的数量，流动管要膨胀/收缩。平衡杆104的厚的端部113和外壳103的厚的端部108阻止流动管110在轴向上相对于平衡杆104和外壳103膨胀/收缩。例如，平衡杆104的厚的端部113防止流动管110有与平衡杆104不同的轴向长度。关于流动管110的长度与外壳端部108之间的关系有同样的情况。流动管任何要在轴向上膨胀/收缩的数量与平衡杆104和/或外壳端部108的数量不同的企图都会在流动管110上产生一个轴向的应力。波纹部分106大大减小了此应力，这些波纹部分在轴向上弯曲，从而使流动管110可以保持与平衡杆104的端部113和外壳103的壳端部108相同的长度。波纹部分容许流动管110与平衡杆104和外壳103一致地膨胀/收缩，大大消除了在流动管110上的轴向应力。
对图2的描述图2示出有包含在外壳103中的一对直的带波纹的流动管203和204的流量计200。两个流动管203和204在顶点206处连接起来，形成一个入口112。两个流动管在顶点207处连接起来，形成一个出口117。入口112和出口117的终端为法兰109。把入口部分112连接到外壳的左端108，而把出口部分117装到外壳的右端108上。在左边进入入口114的物料流流向右边，遇到顶点206，在那里分开，并流过流动管203和204。流动管203和204的输出在顶点207汇合，并流过流动管部分117到达出口116和法兰109。在图1和2中，流动管短管111把外壳端部108与法兰109连接起来。流动管200也包括传感器S1和S2以及驱动器D，连同与它们共同工作的磁铁M。未画出把传感器和驱动器连接到可以与图1的流量计电子装置102相比较的流量计电子装置上的导电路径，为的是减小图的复杂性。流动管203和204的在动力学上活动的部分是在支柱杆221与222之间的部分。流动管的静止部分是支柱杆221的左边和支柱杆222的右边。
对图3和4的描述图3和4示出了有一对基本上为U形的流动管309和309A的科里奥利(Coriolis)流量计300。关于图3，流动管309有一个顶部件310和一对侧部腿307和308。顶部件包括一个左波纹部分303和一个右波纹部分304。左侧腿包括一个下面的直的部分312、连接到直的部分312的下端上的一个支柱杆302以及把支柱杆302的下部与歧管311的上表面彼此连接起来的一个直的部分305。右侧腿包括与左侧腿相应的部件，这些包括一个直的部分313、一个支柱杆302以及把右支柱杆302的下表面与歧管311的上表面彼此连接起来的一个直的部分306。如在图3和4中所示的那样，把传感器S1和S2与驱动器D一起连接到流动管309和309A上。短管111把歧管311的端部与法兰109连接起来，法兰可以把流量计300连接到一个流动系统(未画出)上。
在图4中，后部流动管309A有与上面对于图3中的流动管309描述的部件相应的部件，区别只是在图4中的每个后部流动管有后缀A。
在图3和4中，波纹部分303、303A、304和304A增加了上部件309、309A的可变形能力，使它们更能弯曲，并对当驱动器D使流动管振动时由同时存在的物料流所产生的科里奥利(Coriolis)作用力更敏感。
流动管的在支柱杆302上面的部分为流动管的活动部分；流动管部分305、306、305A和306A为流动管的静止部分。在使用时，如在本技术中已知的那样，驱动器D使流动管310和310A振动，关于作为枢轴点的支柱杆302彼此相对移动相位。图3的歧管311在图4中略去了，为的是使图简单。然而，应该理解到，在使用时，物料通过左法兰109进入流量计300和流量计的短管111，继续进入歧管311，歧管使收到的物料流分开并通过流动管309、309A平行地流动。物料流流出流动管，并再次进入歧管311，在歧管中它们结合在一起，并继续通过右侧流动管短管111和右侧法兰109流出。
波纹部分303、304、303A和304A增加了用于检测科里奥利(Coriolis)振动的流动管的上部件309、309A的柔曲能力。波纹部分位于对于驱动频率模式弯曲应力低的位置，因此，它们对驱动频率几乎没有影响，只是由于稍微增加了质量而使驱动频率稍微降低一点。然而，如下面将详细描述的那样，对于流动管由于科里奥利(Coriolis)作用力的变形来说，波纹部分303和304为应力高的位置。波纹部分303和304在流动管309和309A上的位置使得可以增加流动管关于所产生的科里奥利(Coriolis)作用力的弯曲能力。这种提高了的科里奥利(Coriolis)效应的灵敏度造成发自传感器S1和S2的信号的振幅提高。这使得有关的流量计电子装置102(图1中的)可以产生精度提高的物料流信息。
对图5的描述图5示出了一种科里奥利(Coriolis)流动管501，它有带波纹的外部502和平滑的没有波纹的内部504。流动通道504是平滑的，这是因为用一种有低弹性模量的材料充满流动通道504的壁的外面与流动管的内壁部分508之间的在流动管501里面的空间。低弹性模量的材料(比如橡胶)使得波纹部分可以以非常小的限制在轴向上膨胀和收缩。此种材料充满流动管501的内部503，并且它在波纹区域为内波纹。这种材料也充满在通道504的外表面与外壁508的内表面之间的空间507。
图5的实施例提供了一个流动通道504，它是平滑的，从而使它的清洗对于流动管的内部必须定期清洗的应用来说变得容易。这在食品加工工业中是重要的，在那里一个流量计可能用于不同物料的流量测量。在这些应用中，在一种材料的加工结束时在另一种材料的加工之前清洗流量计是重要的。图5的实施例满足了这一要求，这是靠提供了一种带波纹的流动管501，它包括一个平滑的流动通道504，此通道被在流动管501的内部503和507的一种柔性材料包围着。图5的实施例提供了平滑的内部流动通道504，同时保持了波纹部分502的优点，使得流动管501可以与图1的流动管110相同的方式变形。流动管501在轴向上是柔性的，从而它可以保持一个固定的总轴向长度，同时可以经受宽范围的热操作条件。
对图6和7的描述图6示出了一个直的流动管比如图1的110的前三个振动模式。第一或驱动模式以件601示出。件602代表第二振动模式，此模式在形状上与科里奥利(Coriolis)偏折模式非常类似。件603代表第三振动模式。关于件601，流动管110在流动管段604和605有波纹部分620和621。把流动管段608连接到驱动器D(在图6中未画出)上，此驱动器接受来自相关联的电子装置102的驱动信号，该电子装置在图1中示出而在图6中未示出。这些驱动信号使流动管以由件601描绘的第一弯曲模式或驱动模式振动。在此模式，流动管110有最大偏转点608和拐点604和605。这些拐点是管的曲率改变符号的位置。它们基本上是直的，并且在被+号表示的拐点的中心的每一侧对于一个小的距离是没有弯曲力矩的。最大偏转点608靠近虚线631与流动管110的交点。流动管110的右侧也有拐点605，此点靠近虚线632与流动管110的交点。流动管110在代表一个拐点的+号的每一侧的一个小距离内基本上是直的。因为靠近拐点605和604的流动管110相对而言是没有弯曲力矩的，所以靠近拐点604和605的波纹部分620、621对驱动频率几乎没有任何影响。
件602描绘了由驱动器D施加的驱动模式振动和通过流动管110的物料流的同时存在所造成的流动管110的科里奥利(Coriolis)偏折模式的形状。由件602描绘的科里奥利(Coriolis)偏折模式的形状与件601相比被大大地夸大了，因为科里奥利(Coriolis)偏折模式的振幅比驱动振动模式小得多。关于科里奥利(Coriolis)偏折模式的形状602，606段是弯曲的，而609段是直的，并且没有弯曲力矩，611段是弯曲的。弯曲段606和611经受最大的弯曲力矩，并因此波纹部分620和621使流动管110变软，增加了它的弯曲柔性。这提高了流动管110对所产生的科里奥利(Coriolis)作用力的折转灵敏度。这进而增加了来自传感器S1和S2(图1)到流量计电子装置102的信号，使得它产生精度更高的物料流量信息。
前面已经描述了靠近流动管与虚线632和633交点的波纹部分的位置。在图6中，件601的驱动频率不受影响，这是因为波纹部分620、621处于流动管的直段604、605。这一位置提供了件602的最大的科里奥利(Coriolis)灵敏度，因为波纹部分620、621处于科里奥利(Coriolis)响应的最大弯曲段606和611。
图6的件603示出了流动管110的第三振动模式的偏折形状。在件603中，波纹部分620、621的位置对第三振动模式几乎没有任何影响，这是因为波纹部分处于流动管响应的平直段607、612。
在使用科里奥利(Coriolis)流量计中有时会出现一个高频振动模式处于围绕流量计的周围振动的频率，或接近此频率。这些周围振动可能来自泵或工厂机械装置，并常常为60Hz(在欧洲为50Hz)电源频率的倍数。管的自然频率与周围振动的这种重合是不希望的，并可能在科里奥利(Coriolis)流量计的流动管中引起不希望的振动。这可能对流量计所产生的流量信息的精度有负面的影响。先有技术装置采用特殊装置比如冲击吸收器和类似装置来把科里奥利(Coriolis)流量计与这些不希望的振动隔离开。
本发明使得可以在流动管上采用选择性定位的波纹部分，来调谐流动管的振动频率，使得它的较高模式与周围振动的频率不重合。这在图7中示出，其中把波纹部分720和721的位置设置成使得它们改变流动管110的振动的第三模式的频率，如由件703所示出的那样。
假设由件703示出的流动管110响应为与通常的周围噪音(300Hz)相同的频率，并假设希望移动流动管的频率使由于把不希望的振动施加到第三振动模式703上而产生的周围噪音减到最小。在这种情况下，把波纹部分720、721设置在线732和733与流动管110相交的位置。701的驱动频率被降低一些，这是因为现在波纹部分720、721靠近流动管的弯曲段。关于件702，在706和711的波纹部分对科里奥利(Coriolis)灵敏度几乎没有影响，这是因为它们出现在拐点。关于件703，波纹部分720、721位于流动管曲率和弯曲力矩的峰值处707和712。这使流动管在此振动模式中变软，并降低该模式的自然频率(280Hz)，与在图6中与虚线634和635相关联的流动管位置相比，更好地把它与周围噪音有关的频率(300Hz)隔离开。
可以很快地理解到，提出权利要求的发明不限于对优选实施例的描述，而是包括在本发明概念的范围和精神内的其它改型和改变。
权利要求
1.一种科里奥利(Coriolis)流量计，它有流动管装置，用来使所述流动管装置(110)振动的驱动装置(D)，和连接到所述流动管装置用来检测由通过所述振动的流动管装置的物料流所产生的流动管科里奥利(Coriolis)偏转的传感器装置(S1，S2)，所述传感器装置响应流动管的科里奥利(Coriolis)偏转，产生出关于所述物料流量的输出信息；所述科里奥利(Coriolis)流量计还包括所述流动管装置有一个静止部分，并有一个被所述驱动装置振动的活动部分；装到所述流动管装置的所述静止部分的安装装置(113)，用来保持所述静止部分在所述流动管装置的所述活动部分振动期间基本上不运动；在所述流动管装置的所述活动部分上的波纹部分(620、621)，用来改变所述流动管装置的至少一个振动模式的振动特征；其特征在于，所述波纹部分处于一个或多个流动管段(606)，这些段在一个振动模式形状中有相当大的弯曲力矩，改变了该模式的所述振动特征；以及所述波纹部分同时处于在一个振动模式形状中有低的弯曲力矩的流动管段(604，605)，该模式的所述振动特征没有被改变。
2.按照权利要求1中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其特征在于，所述流动管装置为单一的流动管(110)。
3.按照权利要求1中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其特征在于，所述流动管装置包括多于一个的流动管(203、204)。
4.按照权利要求1中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其特征在于，所述流动管装置基本上是直的。
5.按照权利要求1中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其特征在于，所述流动管装置(110)有不规则的形状，并在它的活动部分中有至少一个弯曲段。
6.按照权利要求1中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其特征在于，所述流动管装置(309)基本上为U形。
7.按照权利要求1中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其特征在于，所述流动管装置(110)包括所述波纹部分，用作它的活动区域的基本上整个长度。
8.按照权利要求1中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其特征在于，所述流动管装置(309)包括所述波纹部分，用作比所述活动部分的整个长度短的一段。
9.按照权利要求1中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其特征在于，所述流动管装置在所述活动部分的至少一个振动模式形状的基本上直的段(604、605)包括所述波纹部分。
10.按照权利要求1中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其特征在于，所述流动管在所述活动部分的至少一个振动模式形状的基本上弯曲的段(606、611)包括所述波纹部分。
11.按照权利要求1中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其特征在于，所述流动管装置在它的振动驱动模式形状(601)的一个活动部分的基本上直的拐点段(604、605)包括所述波纹部分，来改变它的振动模式(602)中至少一个另外的模式的振动特征。
12.按照权利要求1中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其特征在于，所述流动管装置在它的振动驱动模式形状的一个活动部分的基本上弯曲的段(704、705)包括所述波纹部分，来改变它的驱动振动模式和至少一个较高的振动模式(703)的振动特征。
13.按照权利要求1中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其特征在于，所述流动管装置(110)基本上是直的，其特征还在于，在所述活动部分中的所述波纹部分降低在所述流动管装置和在所述安装装置上在所述流动管装置可能遇到的改变的热条件下的轴向应力。
14.按照权利要求13中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其还包括围绕所述流动管装置的一个外壳(103)；在所述外壳的每一端上装到所述流动管装置的端段(107)上的一个端部件(108)；所述流动管装置的所述活动部分在所述端部件之间；所述波纹部分(106)的位置沿着所述流动管装置在轴向上设置，用来减小在所述流动管装置上的由所述流动管装置与所述外壳之间的热差别造成的轴向应力。
15.按照权利要求14中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其还包括所述流动管装置包括单一的流动管(110)；围绕所述流动管并位于所述外壳里面的一个平衡杆(104)；在所述平衡杆上装到所述流动管上的端部件(113)；所述流动管的所述活动部分在所述平衡杆的所述端部件之间；所述波纹部分(106)的位置沿着所述流动管在轴向上设置，用来减小在所述流动管上的由所述流动管装置与所述平衡杆之间的热差别造成的轴向应力。
16.按照权利要求1中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其特征在于，所述波纹部分(501)确定了所述流动管装置的一个外表面和所述流动管装置的一个匹配的内表面，其特征还在于，所述流动管装置包括一个衬里，它在所述流动管装置的里面有一个圆柱形的平滑的内表面(504)；所述衬里包括可变形的材料(503)，此材料占据所述流动管装置的所述匹配的的内表面与所述衬里的所述圆柱形平滑的内表面之间的空间。
17.按照权利要求1中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其特征在于，所述流动管装置(309)基本上为U形，其特征还在于，所述波纹部分(303、304)的位置在所述流动管装置的一个上部，它包括所述流动管装置的一个振动驱动模式形状的一个弯曲应力低的部分。
18.按照权利要求9中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其特征在于，所述流动管装置包括在所述流动管装置的一个振动驱动模式形状的所述活动部分的弯曲应力明显低的部分，用来改变另一个振动模式的振动特征。
19.按照权利要求9中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其特征在于，所述流动管装置在所述流动管装置的一个振动模式形状(601)的基本上直的段(604、605)，并在所述流动管装置的较高的振动模式形状(603)的基本上直的部分(607、612)和一个科里奥利(Coriolis)偏转模式形状(602)的一个弯曲段(606、611)包括所述波纹部分。
20.按照权利要求1中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其还包括所述流动管装置包括第一基本上直的流动管(110)，它有一个不能运动的静止部分，并有一个被所述驱动装置振动的活动部分；围绕所述流动管的一个外壳(103)；在所述外壳里面并围绕所述流动管的一个平衡杆(104)；在所述外壳的每一端上带有装到所述流动管的一个不同的端部上的每个外壳端部的一个外壳端(108)；在所述平衡杆的每一端上带有装到所述流动管的一个不同的端部件上的所述平衡杆的每个端部件的一个端部件(113)；在所述流动管的所述活动部分上的波纹部分(620、621)，用来改变所述流动管的振动特征；所述波纹部分处于一个振动模式形状(602)中有相当大的弯曲力矩的一个或多个流动管段(606、611)，改变了该模式的所述振动特征；所述波纹部分同时处于在一个振动模式形状(601)中有低的弯曲力矩的流动管段(604、605)，该模式的所述振动特征没有被改变；在所述流动管关于所述平衡杆的热改变期间，所述波纹部分有效地把所述流动管保持为由所述平衡杆的轴向长度确定的轴向长度。
21.按照权利要求1中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其还包括每个所述流动管装置包括第一(203)和第二(204)基本上直的流动管，它们的位置基本上彼此平行，并有一个不能运动的静止部分，并有一个被所述驱动装置振动的活动部分；装到安装装置(113)上的所述流动管的所述静止部分，用来保持所述静止部分在所述流动管的所述活动部分振动期间不运动；围绕所述第一和第二流动管的一个外壳(103)；在所述外壳的每一端上带有装到每个所述流动管的一个不同的端部上的每个外壳端部的一个外壳端(108)；在所述流动管的所述活动部分上的波纹部分，用来改变所述流动管的振动特征；所述波纹部分(620、621)处于一个振动模式形状(602)中有相当大的弯曲力矩的一个或多个流动管段(606、611)，改变了该模式的所述振动特征；所述波纹部分同时处于在一个振动模式形状(601)中有低的弯曲力矩的流动管段(604、605)，该模式的所述振动特征没有被改变；在所述流动管装置关于所述外壳的热改变期间，所述波纹部分有效地把所述流动管保持为由所述外壳的轴向长度确定的轴向长度。
22.按照权利要求1中所述的科里奥利(Coriolis)流量计，其特征在于所述波纹部分(106)在所述流动管装置的所述活动部分的基本上整个长度上，用来改变所述流动管装置的振动特征。
全文摘要
一种科里奥利(Coriolis)流量计,其有在流动管的动力学活动部分带有波纹部分的流动管。这些波纹部分增加了流动管的变形能力,从而它们对所产生的科里奥利(Coriolis)作用力有更大的响应。这提高了流量计的灵敏度。 在直的流动管中的波纹部分也降低了在流动管上当它的轴向长度被流动管的端部装到其上的一个围绕的外壳或平衡杆限制时由热引起的应力。波纹部分可以在流动管上选择性地设置,控制流动管对于基驱动模式以及它的谐振模式的振动响应。
文档编号G01F1/84GK1258348SQ98805655
公开日2000年6月28日 申请日期1998年3月18日 优先权日1997年5月30日
发明者C·B·范克莱弗 申请人:微动公司