專利名稱：具有單根直的測量管的科里奧利質量流量/密度傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有單根直的測量管的科里奧利質量流量/密度傳感器。
美國專利5531126介紹了一種科里奧利質量流量/密度傳感器，它可以借助于在進口端的連接件和在出口端的連接件安裝在一根管道內，在工作時要測量的流體通過它流動，它包括—具有縱軸線并在連接件之間延伸及固定在連接件上的單根直的測量管；—平行于測量管延伸不被流體流過的直的封底的管；—在進口側的節(jié)點板和在出口側的節(jié)點板，——其中之一將測量管的進口端部分固定在封底管相應的端部，和——其中另一個將測量管的出口端部分固定在封底管相應的端部，所以測量管和封底管并列；—支承管，它的端部分別固定在連接件上并具有平行于測量管縱軸線的對稱的縱軸線；以及—一些裝置，它們只作用在封底管上以激起測量管作彎曲振動，但是它的頻率與測量管的共振頻率不一致，在這種情況下測量管和封底管反相振動。
這種先有技術的科里奧利質量流量/密度傳感器，對于給定的尺寸設計，力學上的平衡只在一個狹小的密度值范圍內，大約為額定密度的±5％，也就是說，只有在這些密度值時由測量管振動引起的力才實際上不會通過連接件傳給管道。上述范圍通過在共振頻率“之外”激振而擴大，但是比起在共振頻率處激振所需要的激振能量要大得多。質量流量/密度傳感器平衡得越差，這種力和振動能量傳遞給管道將越大；因此，使振動能量損失和增加測量誤差。
這種不平衡不僅在溫度引起同一種流體密度改變的情況下產生干擾，而且尤其在測量不同時間例如先后流過管道的不同的流體時帶來干擾。
因為科里奧利質量流量/密度計應適合于測量范圍盡可能大的具有不同密度的完全不同的流體，所以重要的是提供一種科里奧利質量流量/密度傳感器，它們在一個大的密度范圍按上述意義是平衡的并因而能準確地測量。
為達到此目的，本發(fā)明的第一種方案提供了一種科里奧利質量流量/密度傳感器，它可以安裝在管道內并在工作時流過要測量的流體，它包括—具有縱軸線的單根直的測量管，測量管有一個進口端和一個出口端；—固定在進口端和出口端上的支架，——支架的縱向質量中心線平行于測量管的縱軸線但與之不重合；—懸臂，——此懸臂固定在進口端和出口端之間中心處的測量管上，以及——它在工作時引起測量管或按第一種基本彎曲振型振動，或按比第一基本彎曲振型頻率更高的第二種基本彎曲振型振動；—不斷地引起測量管按第二基本彎曲振型振動的激振器，——此激振器設在進口端與出口端之間大體中央；以及—測量管進口側運動的傳感器和側量管出口側運動的傳感器，它們分別位于測量管中心與進口端和出口端之間離它們相同距離處。
在本發(fā)明第一種方案的第一種最佳實施例中，支架是一根圓柱形管，它有厚度均勻的壁和有一條縱軸線，后者平行于測量管的縱軸線但與之不重合。
在本發(fā)明第一種方案的第二種最佳實施例中，支架是一根圓柱形管，它有厚度只是部分均勻的壁和有一條縱軸線，后者平行于測量管的縱軸線，或與之重合，管壁在沿直徑與懸臂相對的第一母線區(qū)內至少局部厚于均勻的壁厚和/或在鄰近于懸臂的第一母線區(qū)內至少局部薄于均勻的壁厚，為的是構成一個配重。
按本發(fā)明第一種方案的第二種實施例的發(fā)展，沿直徑與懸臂相對的配重固定在管壁上、局部插入管壁內、或與管壁構成一體。
本發(fā)明第一種方案的第三種最佳實施例可以應用于上面一些實施例和第二種實施例的發(fā)展中，其中懸臂設計為帶孔板或盤的形式，板或盤借助于此孔可沿測量管滑移。板或盤最好由一個半圓環(huán)部分和制在它上面的一個矩形部分組成，半圓環(huán)部分與此孔同軸。有利的是板或盤有一個約等于測量管直徑之半的厚度。
按照本發(fā)明第一種方案的發(fā)展及其實施例，測量管在進口側有一個環(huán)形肋和在出口側有一個環(huán)形肋，它們布置在有關的傳感器的位置處。
在本發(fā)明第一種方案的第四種最佳實施例中，激振器包括—一個第一部分，它以第一激振力沿著懸臂對稱縱軸線與測量管縱軸線支點的方向作用在測量管上，以及—一個第二部分，它以方向與第一激振力方向相反的第二激振力作用在背對測量管的懸臂端上。
本發(fā)明的第二種方案提供一種科里奧利質量流量/密度傳感器，它可以裝在一根管道內并在工作時流過要測量的流體，包括—具有進口端和出口端的單根直的測量管；—固定在進口端處并圍繞著測量管的進口板；—固定在出口端處并圍繞著測量管的出口板；—第一支板，它固定在進口板和出口板上并平行于測量管的第一母線延伸；—第二支板，它固定在進口板和出口板上并平行于沿直徑與第一母線相對的測量管第二母線延伸；—懸臂，——此懸臂固定在進口端和出口端之間中心處的測量管上，以及——它在工作時引起測量管或按第一種基本彎曲振型振動，或按比第一基本彎曲振型頻率更高的第二種基本彎曲振型振動；—縱向桿，布置在與懸臂相對的位置并固定在第一和第二支板上，此縱向桿起配重的作用；—激振器，——它不斷地引起測量管按第二基本彎曲振型振動，以及——此激振器設在進口端與出口端之間大體中央；以及—測量管進口側運動的傳感器和測量管出口側運動的傳感器，它們分別位于測量管中心與進口端和出口端之間離它們相同距離處。
在本發(fā)明第二種方案的第一種最佳實施例中，懸臂是一塊板，它有一個前面、一個后面、一個平行于測量管軸線的扭轉振動軸線和一個孔，板借助于此孔可在測量管上滑移，此板由與孔同軸的圓段部分和制在其上的矩形部分組成，矩形部分的一個在中心與測量管直徑相交的端面固定在梁的固定面上，梁的長度大于端面并有超出此端面的第一端和第二端，它們分別包括固定面的延續(xù)部分。
按照本發(fā)明第二種方案的第一種實施例的發(fā)展，激振器由固定在梁第一端的固定面延續(xù)部分上的第一激振系統(tǒng)和固定在梁第二端的固定面延續(xù)部分上的第二激振系統(tǒng)組成，第一和第二激振系統(tǒng)分別包含第一線圈和第二線圈，它們在工作時被彼此反向的激振電流通過。
本發(fā)明第二種方案的第二種發(fā)展也可以用于第二種方案的第一種最佳實施例中，按此第二種發(fā)展，為了抑制與第二基本彎曲振型不同的振型。—在板的前面扭轉振動軸線有一個可能的貫穿點通過此板的區(qū)域內，固定一個以渦流原理為基礎的第一制動裝置的第一部分；—在板的后面扭轉振動軸線有一個可能的貫穿點通過此板的區(qū)域內，固定一個以渦流原理為基礎的第二制動裝置的第一部分；—第一制動裝置包括一個第二部分，它安裝在一個至少固定在第一支板上的第一支座上；以及—第二制動裝置包括一個第二部分，它安裝在一個至少固定在第一支板上的第二支座上。
在本發(fā)明第二種方案的第一種發(fā)展的最佳實施例中，制動裝置的第一部分是圓柱形永久磁鐵，以及，制動裝置的第二部分是銅片。
本發(fā)明的這兩種方案、它們的實施例和發(fā)展還可以進一步改進，只要將測量管分別利用等長的管段超出進口端和出口端延伸，等長管段各自的自由端固定在一外殼內。
按本發(fā)明的一種進一步的發(fā)展，除第二種基本彎曲振型之外，還引起第一種基本彎曲振型振動。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是，質量流量的測量精度在一個大的密度范圍內(0kg/m3至3000kg/m3，其中0kg/m3相應于測量管內真空時質量流量測量的零點)極佳。小批量試生產的質量流量/密度傳感器表明，例如，精度在測量值的0.1％范圍內。
本發(fā)明另一個重要優(yōu)點是，它還非常適合于測量流體的粘度，這是以行家們熟知的下列事實為基礎的只有在測量管或(還有)傳感器的管實行扭轉振動從而在流體上施加剪力時，才能用科里奧利質量流量/密度傳感器測量流體的粘度。在引發(fā)彎曲振型振動的直的測量管的情況下，根本沒有發(fā)生扭轉振動，因而沒有剪力。
在彎曲的尤其是U形測量管的情況下盡管發(fā)生了扭轉振動，但它們的振幅太小，所以實際上不可能進行粘度測量。結合科里奧利質量流量/密度傳感器提到粘度的專利文獻并不是很多的。
例如，美國專利4938075只提到Navier—Stokes方程，方程中包括剪切粘度，但并沒有進行測量。其它一些專利文件僅涉及測得的質量流量值的粘度補償；例如見美國專利5027662、4876879和4872351。
按本發(fā)明的單管科里奧利質量流量/密度傳感器，不僅為了質量流量和密度的測量需要并按要求實行彎曲振動，而且由于存在懸臂在第二種基本彎曲振型中圍繞著一根軸線進行扭轉振動，軸線的位置在下面說明。
在本發(fā)明中，此扭轉振動的振幅足以允許除質量流量和密度之外測量流體的粘度，只需要增加少量的電子線路。
為了這種粘度測量可借助于文獻中介紹的方法，這些文獻討論了利用機械振動裝置尤其是管子，結合流體密度測量進行此粘度的測量。
例如，按照雜志“IEEE Transactions on Industrial Electronics andControl Instrumentation”1980年8月，247至253頁所述，如果測出了包含流體在內的機械振動裝置的諧振品質因數，便可以確定粘度。這例如可以通過測量激振此裝置的電流做到。
下面借助于在附圖中表示的實施例詳細說明本發(fā)明。在附圖中設計相同的部分采用同樣的符號。附圖中

圖1按本發(fā)明第一方案的科里奧利質量流量/密度傳感器第一種實施例的局部剖切縱向視圖；圖2沿圖1中線A—A的剖視圖；圖3沿圖1中線B—B的剖視圖；圖4沿圖2中線C—C的剖視圖；圖5圖1至4的科里奧利質量流量/密度傳感器經修改后類似于圖3的剖視圖；圖6第一方案第二種實施例的第一種實現形式相應于圖1的剖視圖；圖7第一方案第二種實施例的第二種實現形式相應于圖1的剖視圖；圖8第一方案第二種實施例的第三種實現形式相應于圖1的剖視圖；圖9第一方案第二種實施例的第四種實現形式相應于圖1的剖視圖；圖10第一方案第二種實施例的第五種實現形式相應于圖1的剖視圖；圖11第一方案第二種實施例的第六種實現形式相應于圖1的剖視圖；圖12示意表示在可應用于本發(fā)明的第一種基本彎曲振型中測量管和懸臂的振動響應；圖13示意表示在始終應用于本發(fā)明的第二種基本彎曲振型中測量管和懸臂的振動響應；圖14本發(fā)明第一方案的一種發(fā)展類似于圖2的剖視圖；圖15按本發(fā)明第二方案的科里奧利質量流量/密度傳感器透視俯視圖16圖15的科里奧利質量流量/密度傳感器透視底視圖；以及圖17圖15重要細節(jié)的比例放大透視俯視圖。
圖1的局部剖切縱向視圖表示了按本發(fā)明第一方案的科里奧利質量流量/密度傳感器10，圖2表示沿圖1的線A—A的剖視圖。當使用時此質量流量/密度傳感器10裝在一根其中流過要測量流體的直徑給定的管道中，為了視圖清晰起見沒有表示此管道。此傳感器流體密封地與此管道連接。
圖1和2表示了為此目的所需的法蘭111和121，它們通過短的管段112和122分別連接在端段113和123上，單根測量管13的進口端部11和出口端部12分別終止并固定在端段中；測量管是直的并有一條縱軸線131。質量流量/密度傳感器10也可以通過與法蘭111、121不同的傳統(tǒng)的固定裝置安裝在管道內。
測量管13的進口端11和出口端12固定在形式上例如為一個開口或封閉的框架或一根圓柱形管14的支架上。封閉的框架或圓柱形管以一個外殼的方式圍繞著測量管13。測量管13和端段113、123以及端段113、123和支架最好互相焊接在一起。
支架有一條質量中心縱軸線141，它平行于測量管13的縱軸線131但與之不重合。這一不重合從圖3和4可以清楚看出，圖3和4分別表示沿圖1的線B—B和沿圖2的線C—C的剖視圖。
圖1至4的每一個都表示了壁厚均勻一致的圓柱形管14。因此，管14的質量中心縱軸線與此管的縱軸線是一致的，而測量管13和管14由于上面提及的它們的軸線的平行性所以不是同心的，也就是說不是同軸的。
一個懸臂15固定在測量管13上端段113、123之間的中央，它可以是有孔的板或盤，板或盤借助于此孔可以在測量管13上滑移。由圖3和4可以看出，在圖中所示的實施例中，此板由與此孔同軸的一個半圓環(huán)部分151和與它制成一體的矩形部分152組成。
與圖3和4類似的剖視圖5表示了懸臂15也可以是一個圓盤153，它可借助于一個偏心孔在測量管13上滑移并固定在此管上。因此圓盤153和測量管13不是同心的。
在圖2至5中起懸臂作用的板或盤最好有一個大約等于測量管13直徑之半的厚度。
在圖2至4中可見一激振器16，它被布置在端段113、123之間的大體中央。它例如是一個電磁式振子，并例如包括一個安裝在支架或管14上的線圈組件161和一個固定在懸臂15上的永久磁鐵162。
激振器可以是在涉及科里奧利質量流量/密度傳感器和科里奧利質量流量計的先有技術中為此目的所介紹的各種類型激振器中的任何一種。
激振器還可以由第一部分和第二部分組成，前者以第一激振力沿著懸臂對稱縱軸線與測量管縱軸線交點的方向作用在測量管上，后者以方向與第一激振力方向相反的第二激振力作用在背對測量管的懸臂端上(為了簡化起見圖中沒有表示)。
工作時激振器16激發(fā)測量管13作彎曲振型振動，振動頻率等于測量管的機械共振頻率。如數十年來結合科里奧利質量流量傳感器已知的那樣，此共振頻率是被測量流體的密度的一種度量，例如可參見美國專利4187721。激振的進一步詳情在下面結合對圖12和13的說明給出。
圖2還示意表示了測量管13進口側運動的傳感器17(在圖3和4中也可以看到)，以及測量管13出口側運動的傳感器18。傳感器17和18分別布置在測量管中心與進口端段113和出口端段123之間距它們等距離處。最好在測量管13上有關的傳感器位置處設環(huán)形肋132、133。
對于傳感器17、18可以采用在涉及科里奧利質量流量/密度傳感器和科里奧利質量流量計的先有技術中為此目的所介紹的各種類型的傳感器，諸如位移、速度或加速度傳感器，它們例如按電動式或光學式工作。
圖6至11在與圖1相應的剖視圖中表示了利用管14′的本發(fā)明第一方案第二種實施例的不同實現形式，管14′內側仍是圓柱形，但與表示在圖1至5中的第一種實施例不同，它只有局部均勻的壁厚，所以它的縱向質量中心線與管14′的縱軸線不一致。
另一方面，管14′的此縱軸線與測量管13的縱軸線重合。因此在圖6至11中這兩根管同軸，盡管管14′的壁厚是不均勻的。不過這種重合并不是必須遵循的這兩條縱軸線仍可以互相平行。
在圖6至11的實現形式中，測量管13的縱軸線與支架尤其是管14′的縱向質量中心線強制性的平行，是根據管14′不均勻的壁厚得出的。這種不均勻壁厚帶來的結果是，管14′的壁起懸臂14配重的作用，也就是說，補償由懸臂引起的不平衡。
在圖6所示的配重的第一種實現形式中，管14′的壁沿著與懸臂15直徑相對的第一母線，沿全部長度其厚度大于此管其余部分均勻的壁厚。這例如可以通過設置一條沿第一母線的縱向肋142來達到，尤其通過熔焊或釬焊固定?？v向肋的寬度和高度及其材料，必須考慮到懸臂15的質量和管14′均勻的壁厚進行選擇。
在表示于圖7的配重第二種實現形式中，管14′沿按直徑與懸臂15相對的第一母線的壁，只是在與懸臂15相對的區(qū)域內通過配重143加厚。
配重143仍可通過熔焊或釬焊固定在管14′上，或可以插入和固定在制于管壁內的孔或者孔中，或如圖所示與管構成整體。配重143的寬度、高度和長度及其材料，必須考慮到懸臂15的質量和管14′均勻的壁厚進行選擇。
在圖8所示的配重第三種實現形式中，管14′的壁沿與懸臂15直徑相對的第一母線，只是在整個長度的兩段144、145厚于管14′其余部分的均勻的壁厚。區(qū)段144、145從相應的管14′端部朝管中央延伸，因此形成了一個中央段146，它有管14′均勻的壁厚。
在區(qū)段144、145中的增厚仍可例如通過在管14′上分別熔焊或釬焊縱向肋或將這樣的肋與管制成一體來達到。分段144、145的寬度、高度、長度和材料，必須考慮到懸臂15的質量和管14′勻勻的壁厚進行選擇。
在圖9所示的配重的第四種實現形式中，管14′的壁沿鄰近于懸臂15的第二母線，被制成沿管的全部長度比管的其余部分的均勻壁厚薄。
在圖10所示的配重的第五種實施形式中，管14′的壁沿鄰近于懸臂15的第二母線，只是在與懸臂15相對的中央段147通過從壁上去除材料減薄；管14′的其余部分具有均勻的壁厚。
在圖11所示的配重的第六種實施形式中，管14′的壁沿鄰近于懸臂15的第二母線，在其全部長度的兩段148、149制得比管其余部分的均勻壁厚薄。區(qū)段148、149從管14′相應的端部朝管14′的中央延伸，因此形成了一個中央段150，它有管14′的均勻的壁厚。
在圖9至11所示的質量流量/密度傳感器的情況下，管14′壁厚的減小通過沿第二母線從管壁上去除材料達到，例如通過刨削或銑削。要分別去除的材料的質量必須考慮到懸臂15的質量和管14′勻勻的壁厚進行確定。
作為說明圖12和13的引言，應回憶在兩點固定并在兩點之間激發(fā)彎曲振動的無懸臂的管，它具有一種唯一的彎曲振型。管子按此型式振動就象一根處于其基本共振頻率下振動的繩子，在振動理論中這一基本共振頻率也稱為基調或一次諧波，在數值上這是最低可能的共振頻率。在穩(wěn)定狀態(tài)，繩子并因而管子在兩個固定點之間有唯一的一個波腹，因而沒有波節(jié)；波節(jié)只是位于固定點處。
與沒有懸臂的這種管不同，按本發(fā)明的測量管13設有懸臂15，它按第一和第二彎曲振型振動，如現在借助于圖12和13要說明的那樣。這些圖示意表示了由測量管13和懸臂15組成的振動體的中央橫截面，其中，在每個圖的中央表示振動體的靜止位置，在圖的左和右表示振動體處于最大偏移位置，雙向箭頭表示振動的方向。
圖12表示第一基本彎曲振型振動的狀況，其中，當測量管移向左方時懸臂15繞測量管13的軸線向左運動；當測量管移向右方時懸臂15向右運動。當懸臂略向外旋轉時，測量管實行純彎曲振動。
這種第一基本彎曲振型具有與上面提及的共振頻率相應的“一階”共振頻率，在數值上這是最低可能的頻率；對于預定直徑、預定長度和預定壁厚的給定的測量管以及具有預定質量和預定尺寸的懸臂而言，這一頻率例如為400Hz。
圖13表示上面提及的第二基本彎曲振型的狀況，其中，當測量管移向左方時懸臂15繞測量管13的軸線向右運動；當測量管移向右方時懸臂15向左運動，也就是說懸臂向里轉動。因此，在測量管實施的如同第一基本彎曲振型的彎曲振動上疊加了扭轉振動。
這一扭轉振動的軸線顯然與測量管的軸線不一致但是與之平行。扭轉振動的軸線與全部機械質量的質量中心線一致，這些質量參與按第二基本彎曲振型的振動。它們是包括流體質量在內的測量管質量、懸臂質量、固定在懸臂上并隨之振動的激振器部分質量，以及，如果存在的話還有下面要說明的制動裝置第一部分。
在圖13中扭轉振動軸線通過圖紙平面的一個可能的貫穿點用X表示；如圖所示，若激振器的質量相對于懸臂的垂直中心線對稱，則它位于此中心線上。此貫穿點X作為流體密度的函數小量地來回移動。
第二基本彎曲振型有一個“二階”共振頻率，它比上面所定義的第一基本彎曲振型的“一階”共振頻率高；對于上面所提及的給定測量管，它為900Hz。
按照本發(fā)明，測量管13不斷地被激發(fā)作第二基本彎曲振型振動，其中，如圖13所示和如上面已說明的那樣，當測量管向外運動時懸臂15朝測量管運動。
因為第二基本彎曲振型的共振頻率是第一基本彎曲振型的共振頻率的兩倍，或可以制造成這樣，所以需要向激振器16供電的形式上為鎖相環(huán)路的激振電路，例如可參見美國專利4801897，它可以容易地設計為只激發(fā)第二基本彎曲振型。
圖14以類似于圖2的方式表示本發(fā)明第一方案的一種發(fā)展，它可以用于迄今所說明的所有實施例中以及用于圖15和16所表示的實施例中。圖14中與迄今所用的相應的符號有相同的數字，但帶有星號。
在圖14的質量流量/密度傳感器10′中，振動的測量管13′分別借助于等長的直管段13”和13*超出進口端和出口端而被加長，直管段13”和13*與測量管13′對齊。管段13”、13*各自的自由端固定在外殼19中。外殼19例如包括與圖1的法蘭111、121相應的法蘭111′、121′。
圖15的透視俯視圖和圖16的透視俯視圖表示了按本發(fā)明的科里奧利質量流量/密度傳感器10”的第二方案。此傳感器有單根直的測量管13”和一個進口端11”以及一個出口端12”。完全圍繞著測量管13”的進口板213和出口板223分別固定在進口端和出口端上。
第一支板24固定在進口板213和出口板223上，它平行于測量管13”的第一母線134延伸。在進口板和出口板上還固定有第二支板34，它平行于沿直徑與第一母線134相對的測量管的第二母線234延伸。因此，兩塊支板24、34彼此面對的側面也相互平行。
懸臂15”固定在測量管13”上大約在進口端11”和出口端12”的中央，它在工作時引起測量管13”振動，或按第一基本彎曲振型，或按具有頻率高于第一基本彎曲振型的第二基本彎曲振型。
在第二方案中起配重作用的構件是縱向桿25，它布置在懸臂15”的相對位置處并固定在第一和第二支板24、34上。在圖15和16中，縱向桿25基本上平行于測量管13”的整個振動長度延伸；但是這并不是必須遵循的；所以只是在此實施例中是這樣。
此系統(tǒng)由兩塊支板24、34、進口板213、出口板223和縱向桿25組成，它有一條平行于測量管13”軸線的縱向質量中心線。就這一性質而言，圖15和16的結構和圖1至5的結構是類似的。
測量管13”被激振器16”激發(fā)作第二基本彎曲振型振動，激振器16”作用在懸臂15”上，并因而也布置在進口端與出口端之間的大體中央。激振器的具體細節(jié)將在下面結合圖17說明。
測量管13”在進口側和出口側的運動分別通過傳感器17”和18”檢測，它們分別布置在測量管的中央和進口端及出口端之間并離它們有相同的距離處。
在圖15和16中通過所畫的螺釘頭表示了上述支板24、34可借助于螺釘固定在端板213、223上和固定在縱向桿25上。但這并不是必須遵循的；也可以采用行家們熟知的其它適用的固定方式。
表示在圖15和16中的第二方案在其機械振動系統(tǒng)的設計方面與圖14所示之第一方案的發(fā)展相似。在此第二方案中測量管13”也分別借助于直的等長管段13#和13+超出進口端和出口端被加長，管段13#和13+與測量管13”對齊。
管段13#、13+各自的自由端固定在一外殼內，圖中只表示了外殼蓋191、192，其余的將外殼蓋191、192互相連接并密封的管狀部分沒有表示，以免遮蓋住所畫的內部構件。
圖15和16還表示外殼蓋191和192各有一個制在其上的連接部分193和194，此科里奧利質量流量/密度傳感器10”可以通過它們流體密封地安裝在前面曾提及的管道內。
圖17以放大的比例表示圖15中的懸臂15”和激振器16”以及與激振器有關的其它部分的透視俯視圖。在本發(fā)明第二方案的最佳實施例中，懸臂15”設計為一塊板。它有一個前面154和一個平行的后面，在圖15和17中看不到后面。懸臂15”有一個孔，板可借助于此孔在測量管13”上滑移并固定在此測量管13”上。
此板類似于在圖1至4的結構中那樣由與孔同軸的圓段部分151”和與之制成一體的矩形部分152”組成。矩形部分152”的端面155中心被測量管13”的直徑相交；只有此端面155的一小部分可在圖17中看到，亦即在梁163的孔中。
梁163通過固定面(圖中看不見)固定在端面155上。在圖15中可以看出用于此目的的螺釘。梁163比端面155長，并有一個第一端163′和一個第二端163”，它們各自有固定面的延續(xù)部分，這些端部超過端面155伸出。
激振器16”由固定在梁第一端163′的固定面延續(xù)部分上的第一激振系統(tǒng)26和固定在梁第二端163”的固定面延續(xù)部分上的第二激振系統(tǒng)36組成。第一激振系統(tǒng)26包含固定在支板24上的第一線圈，第二激振系統(tǒng)36包含固定在支板34上的第二線圈。在工作時第一和第二線圈被彼此反向的激振電流通過。線圈分別與固定在梁端163′和163”上的第一和第二永久磁鐵配合工作。
按本發(fā)明的進一步發(fā)展，為了抑制與第二基本彎曲振型不同的振型，尤其是為了抑制第一基本彎曲振型及其諧波，設有以渦流原理為基礎的制動裝置第一部分27和第二部分37。
第一部分27固定在板的前面154的一個區(qū)域內，在那里上述機械扭轉振動系統(tǒng)的軸線有一個可能的貫穿點通過前面154。
以類似的方式，第二制動裝置的第一部分37固定在板的后面的一個區(qū)域內，在那里上述扭轉振動系統(tǒng)的軸線有一個可能的貫穿點通過此板的后面。
在圖15中幾乎看不到并因而沒有編號的第一制動裝置的第二部分(它應當是編號28)安裝在一個固定在第一和第二支板24、34上的第一支座29上。此支座只表示在圖15中；在圖17中它被略去，為的是不遮擋住懸臂15”等的視線。
第二制動裝置的第二部分38安裝在一個固定在第一和第二支板24、34上的第二支座39上，也就是如圖所示借助于折角的“底腳”。這兩個支座最好用軟磁性材料制造。
制動裝置的兩個第一部分27、37包括圓柱形的永久磁鐵，其中只能在圖17中看到永久磁鐵271和有關的支座272。制動裝置的這兩個第二部分是銅片。
借助于制動裝置穩(wěn)定上面曾提及的扭轉振動的軸線的瞬時位置。由此防止形成其它的震型，尤其是第一基本彎曲振型及其諧波和/或第二基本彎曲振型的那些諧波，第二基本彎曲振型有一根不同于第一基本彎曲振型的扭轉振動軸線。
形成這種振型或這種諧波等效于扭轉振動軸線的明顯的來回運動，例如參見圖12。只要扭轉振動的軸線在制動裝置第二部分28、38的區(qū)域內便會發(fā)生這種穩(wěn)定化。
在本發(fā)明的兩種方案中可以進一步提高測量精度，只要除了第二基本彎曲振型外還激發(fā)第一基本彎曲振型的振動，于是，當然必須略去圖15和17的制動裝置。
第一基本彎曲振型的激振可利用另一個鎖相環(huán)路來達到，它在一階共振頻率上工作。在這種情況下傳感器提供的信號中既包含二階共振頻率的振動的科里奧利效應引起的相移分量也包括一階共振頻率的振動的科里奧利效應引起的相移分量。因為這兩個共振頻率大約相差2倍，所以這兩個相移分量可借助于電子裝置容易地分開。
權利要求
1.科里奧利質量流量/密度傳感器，它可以裝在一根管道內并在工作時流過要測量的流體，包括—具有縱軸線的單根直的測量管，測量管有一個進口端和一個出口端；—固定在進口端和出口端上的支架，——支架的縱向質量中心線平行于測量管的縱軸線但與之不重合；—懸臂，——此懸臂固定在進口端和出口端之間中心處的測量管上，以及——它在工作時引起測量管或按第一種基本彎曲振型振動，或按比第一基本彎曲振型頻率更高的第二種基本彎曲振型振動；—不斷地引起測量管按第二基本彎曲振型振動的激振器，——此激振器設在進口端與出口端之間大體中央；以及—測量管進口側運動的傳感器和測量管出口側運動的傳感器，它們分別位于測量管中心與進口端和出口端之間離它們相同距離處。
2.按照權利要求1所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，支架是一根圓柱形管，它有厚度均勻的壁和有一條縱軸線，后者平行于測量管的縱軸線但與之不重合。
3.按照權利要求1所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，支架是一根圓柱形管，它有厚度只是部分均勻的壁和有一條縱軸線，后者平行于測量管的縱軸線，或與之重合，管壁在沿直徑與懸臂相對的第一母線區(qū)內至少局部厚于均勻的壁厚和/或在鄰近于懸臂的第一母線區(qū)內至少局部薄于均勻的壁厚，為的是構成一個配重。
4.按照權利要求3所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，沿直徑與懸臂相對的配重固定在管壁上、局部插入管壁內、或與管壁構成一體。
5.按照權利要求1所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，懸臂設計為帶孔的盤或板借助于此孔，盤或板可沿測量管滑移。
6.按照權利要求5所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，板或盤由一個半圓環(huán)部分和制在它上面的一個矩形部分組成，前者與這個孔同軸。
7.按照權利要求5所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，板或盤有一個約為測量管直徑之半的厚度。
8.按照權利要求1所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，測量管在進口側有一個環(huán)形肋和在出口側有一個環(huán)形肋，它們布置在有關的傳感器的位置處。
9.按照權利要求1所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，激振器包括—一個第一部分，它以第一激振力沿著懸臂對稱縱軸線與測量管縱軸線交點的方向作用在測量管上，以及—一個第二部分，它以方向與第一激振力方向相反的第二激振力作用在背對測量管的懸臂端上。
10.科里奧利質量流量/密度傳感器，它可以裝在一根管道內并在工作時流過要測量的流體，包括—具有進口端和出口端的單根直的測量管；—固定在進口端處并圍繞著測量管的進口板；—固定在出口端處并圍繞著測量管的出口板；—第一支板，它固定在進口板和出口板上并平行于測量管的第一母線延伸；—第二支板，它固定在進口板和出口板上并平行于沿直徑與第一母線相對的測量管第二母線延伸；—懸臂，——此懸臂固定在進口端和出口端之間中心處的測量管上，以及——它在工作時引起測量管或按第一種基本彎曲振型振動，或按比第一基本彎曲振型頻率更高的第二種基本彎曲振型振動；—縱向桿，布置在與懸臂相對的位置并固定在第一和第二支板上，此縱向桿起配重的作用；—激振器，——它不斷地引起測量管按第二基本彎曲振型振動，以及——此激振器設在進口端與出口端之間大體中央；以及—測量管進口側運動的傳感器和測量管出口側運動的傳感器，它們分別位于測量管中心與進口端和出口端之間離它們相同距離處。
11.按照權利要求10所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，懸臂是一塊板，它有一個前面、一個后面、一個平行于測量管軸線的扭轉振動軸線和一個孔，板借助于此孔可在測量管上滑移，此板由與孔同軸的圓段部分和制在其上的矩形部分組成，矩形部分的一個在中心與測量管直徑相交的端面固定在梁的固定面上，梁的長度大于端面并有超出此端面的第一端和第二端，它們分別包括固定面的延續(xù)部分。
12.按照權利要求11所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，激振器由固定在梁第一端的固定面延續(xù)部分上的第一激振系統(tǒng)和固定在梁第二端的固定面延續(xù)部分上的第二激振系統(tǒng)組成，第一和第二激振系統(tǒng)分別包含第一線圈和第二線圈，它們在工作時被彼此反向的激振電流通過。
13.按照權利要求11所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，為了抑制與第二基本彎曲振型不同的振型，—在板的前面扭轉振動軸線有一個可能的貫穿點通過此板的區(qū)域內，固定一個以渦流原理為基礎的第一制動裝置的第一部分；—在板的后面扭轉振動軸線有一個可能的貫穿點通過此板的區(qū)域內，固定一個以渦流原理為基礎的第二制動裝置的第一部分；—第一制動裝置包括一個第二部分，它安裝在一個至少固定在第一支板上的第一支座上；以及—第二制動裝置包括一個第二部分，它安裝在一個至少固定在第一支板上的第二支座上。
14.按照權利要求12所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，為了抑制與第二基本彎曲振型不同的振型，—在板的前面扭轉振動軸線有一個可能的貫穿點通過此板的區(qū)域內，固定一個以渦流原理為基礎的第一制動裝置的第一部分；—在板的后面扭轉振動軸線有一個可能的貫穿點通過此板的區(qū)域內，固定一個以渦流原理為基礎的第二制動裝置的第一部分；—第一制動裝置包括一個第二部分，它安裝在一個至少固定在第一支板上的第一支座上；以及—第二制動裝置包括一個第二部分，它安裝在一個至少固定在第一支板上的第二支座上。
15.按照權利要求13所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，制動裝置的第一部分是圓柱形永久磁鐵；以及，制動裝置的第二部分是銅片。
16.按照權利要求14所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，制動裝置的第一部分是圓柱形永久磁鐵；以及，制動裝置的第二部分是銅片。
17.按照權利要求1所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，測量管分別利用等長的管段超出進口端和出口端延伸，等長的管段的各自的自由端固定在一外殼內。
18.按照權利要求2所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，測量管分別利用等長的管段超出進口端和出口端延伸，等長的管段的各自的自由端固定在一外殼內。
19.按照權利要求3所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，測量管分別利用等長的管段超出進口端和出口端延伸，等長管段各自的自由端固定在一外殼內。
20.按照權利要求4所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，測量管分別利用等長的管段超出進口端和出口端延伸，等長管段各自的自由端固定在一外殼內。
21.按照權利要求5所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，測量管分別利用等長的管段超出進口端和出口端延伸，等長管段各自的自由端固定在一外殼內。
22.按照權利要求6所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，測量管分別利用等長的管段超出進口端和出口端延伸，等長管段各自的自由端固定在一外殼內。
23.按照權利要求7所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，測量管分別利用等長的管段超出進口端和出口端延伸，等長管段各自的自由端固定在一外殼內。
24.按照權利要求8所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，測量管分別利用等長的管段超出進口端和出口端延伸，等長管段各自的自由端固定在一外殼內。
25.按照權利要求9所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，測量管分別利用等長的管段超出進口端和出口端延伸，等長管段各自的自由端固定在一外殼內。
26.按照權利要求10所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，測量管分別利用等長的管段超出進口端和出口端延伸，等長管段各自的自由端固定在一外殼內。
27.按照權利要求11所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，測量管分別利用等長的管段超出進口端和出口端延伸，等長管段各自的自由端固定在一外殼內。
28.按照權利要求12所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，測量管分別利用等長的管段超出進口端和出口端延伸，等長管段各自的自由端固定在一外殼內。
29.按照權利要求13所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，測量管分別利用等長的管段超出進口端和出口端延伸，等長管段各自的自由端固定在一外殼內。
30.按照權利要求14所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，測量管分別利用等長的管段超出進口端和出口端延伸，等長管段各自的自由端固定在一外殼內。
31.按照權利要求15所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，測量管分別利用等長的管段超出進口端和出口端延伸，等長管段各自的自由端固定在一外殼內。
32.按照權利要求16所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，測量管分別利用等長的管段超出進口端和出口端延伸，等長管段各自的自由端固定在一外殼內。
33.按照權利要求1所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，除第二種基本彎曲振型之外，還激起第一種基本彎曲振型振動。
34.按照權利要求10所述的科里奧利質量流量/密度傳感器，其特征在于，除第二種基本彎曲振型之外，還激起第二種基本彎曲振型振動。
全文摘要
此傳感器在一個大的密度范圍平衡。具有縱軸線的直測量管固定在一支架上。支架有一條質量中心線,它平行于縱軸線但與之不重合。懸臂在端部間的中心處固定于測量管,并引起測量管或按第一基本彎曲振型振動,或按頻率更高的第二基本振型振動。設在端部之間中央的激振器引起第二基本振型振動。兩個傳感器(17,18)以距進、出口端相同的間距布置。由于懸臂在測量管上引起扭轉振動,所以此傳感器也適合于測量流體粘度。
文檔編號G01N11/16GK1193733SQ9712538
公開日1998年9月23日 申請日期1997年12月10日 優(yōu)先權日1996年12月11日
發(fā)明者沃爾夫岡·德拉姆, 格奧爾格·沙羅克, 阿爾夫雷德·溫格, 恩尼奧·比拖, 奧勒·庫達爾, 克里斯廷·麥特, 克里斯廷·舒策 申請人:安德雷斯和霍瑟·弗羅泰克有限公司