專利名稱：一種質量流量計的制作方法
技術領域：
本發明涉及測試計量儀表領域，特別涉及一種新U型科里奧利質量流量計。
背景技術：
質量流量測量技術是當今國家科技在過程控制領域中發展的重點，為實現在復雜環境條件下對各種介質的高準確度、高可靠測量，科里奧利質量流量計(Coriolis MassFlowmeter，簡稱CMF，又稱科氏質量流量計)以其優越的性能，成為此領域的重要開展技術之一，且滿足國家重大需求。CMF能夠高準確度地直接測量管道內流體的質量流量，利用流體流過振動管道時產生的科里奧利效應對管道兩端振動相位或幅度的影響來測量流過管道的流體質量，穩定性好、可靠性高、量程比大、適用于高粘度流體等特點。科里奧利質量流量計是利用流體在振動管中流動時，將產生與質量流量成正比的科里奧利力的原理測量的。如圖8所示，目前，人們普遍采用振動管式科氏原理的流量計，主要是由一次儀表和二次儀表組成，其中一次儀表(即科里奧利質量流量傳感器敏感單元a包括測量管al、a2、激振器a5和拾振器a3、a4 ;二次儀表b包括閉環控制單元bl和流量解算單元b2，分別是一次儀表的控制和信號處理系統。一次儀表(即科里奧利質量流量傳感器)是敏感部件，輸出與被測流量相關的振動信號；閉環控制單元bl給激振器a5提供激振信號，使測量管維持在諧振狀態，并且對測量管al、a2的振動頻率進行實時跟蹤；流量解算單元b2對傳感器拾振器a3、a4的輸出信號進行處理并輸出測量信息，從中確定被測流體的質量流量和密度。傳統的振動管式CMF按測量管的配置分為單管型和雙管型。單管型因易受外界振動的干擾，多用雙管型，由于雙管兩管形狀相同，固有頻率相近，容易起振，但兩管內被測介質的流動情況相同，上下振動的相位相反，科氏力產生的作用效果也相反，整個流量計總是處于受力平衡狀態。實際上由于管端分配器不能保證兩管內的流量絕對相等，因而無法保證兩管中的沉積物及磨損絕對一致，也難以保證兩管在清洗時同時得到徹底清洗，故測量時會引起零點漂移，產生附加誤差。目前大多數產品仍是雙管型，這種結構較容易實現相位測量，與目前的技術及工藝水平相適應。根據測量管的形狀分為彎管型和直管型。彎管型，主要由彎管段和直管段組合而成，現有技術中公開了許多種管型，有U型、Ω型、Λ型、環型、C型、B型、T型、水滴型、蠅拍型等。其管壁較厚，剛度小，受腐蝕影響較小；其諧振頻率較低，一般為70-120ΗΖ ;反映質量流量的相位差為毫秒級，電子信號較易處理；但彎管型易積存氣體和流體殘渣而引起附加誤差，并且制作加工要比直管型復雜。直管型CMF測量管，由于剛度大，諧振頻率高,且振幅很小,約為60 μ m ;由于頻率較高，與工業上的一般機械振動頻率相差較大，故不易受外界振動的干擾；不易存積氣體及殘渣，外形尺寸較小；為使諧振頻率不至于過高，其管壁設計得較薄，約為彎管的1/4 1/2，因而耐磨及抗腐蝕能力差。反映質量的相位差為微秒級，電信號的處理較困難，嚴重限制了 CM F的測量范圍，并且這種傳統振動直管式的CMF的靈敏度較低，且受溫度波動影響。國內外研制和應用的直管型或類似直管型CM F，如公開的專利有科里奧利質量流量計(專利申請號為00129058. 4)，被制成以一個方向彎曲的弓形，此結構多為彎管，流速穩定差，且流體易在管內壁產生吸附和沉淀；安裝及加工復雜、動態平衡特性差。目前，所研制的CMF存在著一些制約因素如CMF測量管設計的綜合性能較差，管道安裝不穩定，管型的機械實現較難；CMF對外界的振動干擾比較敏感；CMF系統不能用于測量低密度介質。在測量含氣液體時，如果含氣量太大會影響測量精度；測量管受設計、力口工與安裝工藝的影響，其動態平衡特性較差，直接影響CMF的性能，并且是不可逆的。因此，設計一種結合傳統彎管和直管優點的新型U型科里奧利質量流量計是十分必要的。本發明的新U型科里奧利質量流量計，就是針對以上問題而設計的。其流場影響小、流動阻力小、低壓損、安裝及加工簡單，測量管具有良好的動態平衡特性，CMF的整體性能較高、測量范圍寬，可以測定粘度高、雜質含量高的液體質量流量。進一步豐富了 CMF產品種類，增加核心競爭力。
發明內容
有鑒于此，本發明實施例的目的是提供一種減小流場影響、流動阻力小、低壓損、安裝及加工簡單，測量管具有良好的動態平衡特性，并且可以測定粘度高、雜質含量高的液體質量流量，提高CMF的整體性能和測量范圍的新U型科里奧利質量流量計。為實現上述目的，本發明采用了以下的技術方案—種質量流量計,包括夕卜殼(18)、位于所述外殼(18)內的兩根結構完全相同的U型測量管(1、2)、安裝在兩個U型測量管(1、2)中心軸線處的激振器(3)、位于所述第二部分圓弧管段(22、23)的中心處的兩個檢測器(4、5)、四個定距板(6、7、8、9)、分別對稱設置在所述質量流量計的最外兩端的兩個法蘭(10、11)、通過兩個所述的分流器(14、15)與所述U型測量管(1、2)連接的兩個端連接管(12、13)、兩個分流器(14、15)之間通過中間連接管(16)連接，以及一個引線連接器(17)，所述兩根U型測量管(1、2)平行設置；所述U型測量管(1、2)的包括第一部分圓弧段(19)，所述第一部分圓弧段(19)兩側分別依次連接斜管段(20、21)、第二部分圓弧段(22、23)、直管段(24、25)，且U型測量管(1、2)的左右兩半部相對于第一部分圓弧段(19)中心線呈對稱結構。依照本發明較佳實施例所述的質量流量計，所述激振器(3)由線圈和磁鐵配合，安裝在所述兩個U型測量管(1、2)中心軸線的位置，所述激振器(3)的線圈通過固定件安裝在一個U型測量管(I)上，所述激振器(3)的磁鐵則安裝在另一 U型測量管(2)上。依照本發明較佳實施例所述的質量流量計，所述兩個檢測器(4、5)由線圈與磁鐵同軸配合，位于所述第二部分圓弧管段(22、23)的中心處。依照本發明較佳實施例所述的質量流量計，在所述兩根平行的U型測量管(1、2)的兩端分別焊接有兩個定距板，四個定距板將兩根平行的U型測量管(1、2)固定。依照本發明較佳實施例所述的質量流量計，所述的外殼(18)與兩端分流器(14、15)的外端面焊接固定。依照本發明較佳實施例所述的質量流量計，所述兩個法蘭(10、11)分別對稱設置在所述質量流量計的最外兩端，并分別與所述兩個端連接管(12、13)為一體成型加工而成。
依照本發明較佳實施例所述的質量流量計，所述U型測量管(1、2)兩端的兩個定距板兩個定距板均位于U型測量管(1、2)的直管段(24、25)，且與直管段(24、25)垂直。依照本發明較佳實施例所述的質量流量計，所述兩根平行的U型測量管(1、2)的中心間距為2. 5D-3D, D為U型測量管(1、2)的外徑。依照本發明較佳實施例所述的質量流量計，所述定距板上有兩個大小與U型測量管(1、2)外徑D相同的孔，兩孔間的距離為2. 3D，通過真空釬焊的方式與所述U型測量管(1、2)固定。綜上所述，本發明與現有技術相比具有如下優點(I)本發明采用了新U型管型，此結構有效提高了諧振式傳感器的性能及機械品質因數，大大減小了流場影響、流動阻力小、低壓損，可以測定粘度高、雜質含量高的液體質量流量，加工簡單、成本低，進一步提高了 CMF的整體性能和測量范圍。(2)本發明采用雙重定距模式，即測量管的兩側各采用兩個定距板，并與之通過真空釬焊進行連接固定。本發明中的定距板的最佳安裝位置，由有限元分析中的模態分析和諧響應分析來確定，均位于U型測量管的直管段，且與直管段垂直。使得測量管的諧振頻率較高、穩定性好、抗震性強。(3)本發明的激振器和檢測器均由線圈與磁鐵配合使用，激振器安裝在兩根相對測量管的第一部分圓弧段中心處，檢測器位于測量管的第二部分圓弧管段的中心處。共同形成良好的閉環系統，使科里奧利傳感器流量管具有穩定的工作狀態，外部擾動的影響較小，自我調節能力強。
圖1為本發明的新U型CMF結構示意圖；圖2為本發明的新U型CMF結構主視圖；圖3為本發明的新U型CMF結構仰視圖；圖4為本發明單根新U型測量管的機械結構示意圖；圖5為本發明激勵器和檢測器安裝結構示意圖；圖6為本發明雙重定距板的安裝結構示意圖；圖7為本發明定距板的結構示意圖；圖8為現有的典型雙U型管CMF系統結構圖。
具體實施例方式以下結合附圖，對本發明實施例做進一步詳細敘述。如圖1所示，本發明的新U型CMF包括兩個結構和尺寸完全相同的新U型測量管
1、2，激振器3，兩個檢測器4、5，四個定距板6、7、8、9，兩個法蘭10、11，兩個端連接管12、13，兩個分流器14、15, —個中間連接管16和外殼18。兩個法蘭10、11分別位于新U型CMF的最外端，兩個端連接管12、13與兩個法蘭IOUl為一體成型加工而成；兩個端連接管12、13與兩個U型測量管1、2之間的部分稱為分流器14、15。兩個分流器將過程介質均勻地分配到兩個測量管中。雙流路的測量管是通過入口和出口段分流器進行分流和匯合。采用四個定距板6、7、8、9在U型測量管1、2兩側固定焊接，且兩根U型測量管1、2平行地、牢固地焊接在分流器14、15外端面，并與端連接管12、13連接。外殼18與兩端分流器14、15的外端面焊接固定，具有支撐、保護及隔振的作用。假定待測流體左側流入、右側流出。待測流體通過由法蘭10連接的入口端連接管12進入分流器14，等量均勻的分成兩路流體，進入到兩個U型測量管I和2中，在另一側兩路流體通過分流器15匯聚到由法蘭11連接的出口端連接管。如圖1所示，兩根U型測量管1、2在電磁激勵器3的激勵下，以其固有頻率振動，且振動相位相反。位于兩個U型測量管1、2的進流側和出流側的兩個檢測器4、5(檢測器為電磁檢測器)檢測出兩路振動信號，兩路信號的相位差與測量管的扭擺度，即瞬時流量成正比。通過計算信號間的相位差，可計算出質量流量。激振器3安裝在測量管的中心軸線的位置，它的線圈通過固定件安裝在一個測量管I上，磁鐵則安裝在另一測量管2上。激振器3，用于激振測量管，通過閉環控制系統，使測量管處于簡諧振動狀態。本發明采用的激振器由線圈與磁鐵配合使用，分別安裝在兩根相對測量管的第一圓弧段19中心處，使科里奧利傳感器流量管以其固有頻率振動。檢測器4、5由線圈與磁鐵同軸配合使用，安裝在兩根平行的U型測量管1、2的上部兩側圓弧管段22、23的中心位置，與兩根平行的U型測量管1、2的中心對稱。如圖4所示，本發明的兩個U型測量管1、2的中間為第一部分圓弧段19，在第一部分圓弧段19兩側分別依次連接斜管段20、21，第二部分圓弧管段22、23，直管段24、25，左右兩半部相對于第一部分圓弧段19中心線呈對稱結構。各部分均采用平滑圓弧過渡，減小流場影響、流動阻力小。兩個U型測量管1、2的斜管段20、21能夠提高科氏效應，提高靈敏度和量程范圍。此結構具有結構簡單、體積小、易清洗、磨損較小等優點，且宜于自排空和清潔。因此可以測定粘度高、雜質含量高的油、漿體等的質量流量。兩個U型測量管1、2的管材一般采用316L不銹鋼、鈦、哈氏合金、及其它材質的管材，本發明對管材的要求不高，因此可以采用價格低廉的316L不銹鋼管。本發明的兩根測量管1、2為平行，外徑為D，兩平行測量管中心的間距為2. 5D 3D。如圖5、圖6所示，本發明激振器3安裝在測量管的中心軸線的位置；檢測器4、5分別安裝在兩根平行的U型測量管1、2的上部兩側圓弧管段22、23的中心位置，與兩根平行的U型測量管1、2的中心對稱；U型測量管1、2兩端的兩個定距板6、7、8、9的最佳安裝位置為兩對定距板均位于U型測量管1、2的直管段24、25，且與直管段24、25垂直。如圖6所示，在U型測量管1、2的兩側各采用兩個定距板6、7、8、9。定距板通過真空釬焊的方式同時固定兩個U型測量管1、2，而且不會引起變形，使得兩根U型測量管1、2的特性完全相同，同時提供流量測量所需的有限扭曲和彎曲，雙重定距板在直管段位置的變化將改變傳感器的諧振頻率，故可以根據所設計的頻率來確定雙重定距板在直管段的位置，減小了內部測量管的振動耦合，并使得測量管的抗震性強。本發明的原理根據科里奧利效應，兩根U型測量管采用雙重定距板在測量管兩側固定焊接，且兩根測量管平行地、牢固地焊接在分流器的外端面，并與端連接管連接，構成一個音叉，以消除外界振動的影響。兩根測量管在電磁激勵器的激勵下，以其固有頻率振動，振動相位相反。由于測量管的振動效應，在管內流動的每個流體微團得到一個科氏加速度，測量管便受到一個與此加速度方向相反的科氏力。由于U型測量管的進、出兩側所受到的科氏力方向相反，而使測量管發生扭轉，其扭轉程度與其扭轉剛性成反比，而與管內瞬時質量流量成正比。位于測量管的進流側和出流側的兩個電磁檢測器在音叉每振動一周的過程中，檢測出兩路振動信號，兩路信號的相位差與檢測管的扭擺度，即瞬時流量成正比。通過計算信號間的相位差，可計算出質量流量。如圖7所示，本發明的每個定距板上有兩個大小與U型測量管1、2外徑D相同的孔，兩孔間的距離為U型測量管1、2之間的距離，一般為2. 5D 3D。以上所述的具體實施方式
，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式
，并不用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種質量流量計，其特征在于，包括:外殼(18)、位于所述外殼(18)內的兩根結構完全相同的U型測量管(1、2)、安裝在兩個U型測量管(1、2)中心軸線處的激振器(3)、分別位于所述第二部分圓弧段(22、23)的中心處的檢測器(4、5)、四個定距板(6、7、8、9)、分別對稱設置在所述質量流量計的最外兩端的兩個法蘭(10、11)、通過兩個所述的分流器(14、15)與所述U型測量管(1、2)連接的兩個端連接管(12、13)、兩個分流器(14、15)之間通過中間連接管(16)連接，以及一個引線連接器(17)，所述兩根U型測量管(1、2)平行設置； 所述U型測量管(1、2)包括第一部分圓弧段(19)，所述第一部分圓弧段(19)兩側分別依次連接斜管段(20、21)、第二部分圓弧段(22、23)、直管段(24、25)，U型測量管(1、2)的左右兩半部相對于第一部分圓弧段(19)中心線呈對稱結構。
2.如權利要求1所述的質量流量計，其特征在于，所述激振器(3)由線圈和磁鐵配合，安裝在所述兩個U型測量管(1、2)中心軸線的位置，所述激振器(3)的線圈通過固定件安裝在一個U型測量管(I)上， 所述激振器(3)的磁鐵則安裝在另一 U型測量管(2)上。
3.如權利要求1所述的質量流量計，其特征在于，所述兩個檢測器(4、5)由線圈與磁鐵同軸配合，位于所述第二部分圓弧管段(22、23)的中心處。
4.如權利要求1所述的質量流量計，其特征在于，在所述兩根平行的U型測量管(1、2)的兩端分別焊接有兩個定距板，四個定距板將兩根平行的U型測量管(1、2)固定。
5.如權利要求1所述的質量流量計，其特征在于，所述的外殼(18)與兩端分流器(14、15)的外端面焊接固定。
6.如權利要求1所述的質量流量計，其特征在于，所述兩個法蘭(10、11)分別對稱設置在所述質量流量計的最外兩端，并分別與所述兩個端連接管(12、13)為一體成型加工而成。
7.如權利要求1所述的質量流量計，其特征在于，所述U型測量管(1、2)兩端的兩個定距板均位于U型測量管(1、2)的直管段(24、25)，且與直管段(24、25)垂直。
8.如權利要求1所述的質量流量計，其特征在于，所述兩根平行的U型測量管(1、2)的中心間距為2.5D-3D, D為U型測量管(1、2)的外徑。
9.如權利要求8所述的質量流量計，其特征在于，所述定距板上有兩個大小與U型測量管(1、2)外徑D相同的孔，兩孔間的距離為2. 3D，通過真空釬焊的方式與所述U型測量管(1、2)固定。
全文摘要
本發明涉及一種質量流量計，用于直接高精度測量質量流量，包括兩根結構完全相同且平行的U型測量管、激振器、兩個檢測器、四個定距板、兩個法蘭、兩個端連接管、兩個分流器、一個中間連接管和外殼；本發明有效提高了諧振式傳感器的性能及機械品質因數，大大減小了流場影響，流動阻力小、低壓損、安裝及加工簡單，測量管具有良好的動態平衡特性，并且可以測定粘度高、雜質含量高的液體質量流量，將進一步擴大科里奧利質量流量計的應用范圍，滿足工業發展對流量測量的準確度和范圍的需求。對于節約原材料、降低生產成本、降低環境污染，提高利潤率和產品質量有較大的促進作用。
文檔編號G01F1/84GK103076053SQ201210585479
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月31日 優先權日2012年12月31日
發明者孫曉君 申請人:孫曉君