专利名称：单直管科氏质量流量计的制作方法
技术领域：
本发明是一种科氏质量流量计，属于测试计量仪器技术领域。
背景技术：
目前的科氏质量流量计测量原理一般是利用两端固接的合金弹性管自身弯曲振动时，流 体流过管内产生不同方向的科氏力改变管的谐振状态，检测合金弹性管的两端测量点处振动 的变化量，从而实现测量。但是这些型式的主要缺点一般如下
(1) 一般采用价格较高的钛合金等为弹性管的管材。
(2) 直管型测量管自身振动对工作台的减振要求较高，因此一般其工作台都较为笨重。
(3) U型测量管虽然对工作台的减振要求较低，但结构较为复杂，体积较大，且流体压
力损失大，不利于排空和清洁。
发明内容
发明的目的是为解决现有的流量计的主要缺点。与目前的科氏质量流量计不同，本发明 在测量管上两端装入了刚度比测量管小的波纹管，测量管的一端有电磁激振器驱动其绕质心 进行横向角振动，利用科氏力的作用，当管内有不同流量的被检测流体流过时，产生不同的 科氏力，相应地使得测量管中心偏离平衡位置的量不同，从而测定流体对应的质量流量。解
决的技术问题
(1) 所采用的新的测量实现原理对测量管的管材要求较低，因此可采用价格较为低廉的 管材，从而降低了成本；
(2) 测量管减少测量管振动对工作台的影响，从而减少工作台的体积；
(3) 采用单直管型式的测量管可以简化结构，减少流体压力损失。 一种单直管科氏质量流量计，该质量流量计包括单直管测量管(1)，检测器(2)，激振
器(3)，波纹管(4)，联接法兰(5)，被测流体的输送管道(6)，联接螺栓(7)， 所述测量管， 一般为钢管或其他材质的管材；
所述检测器，为测量振动信号的接收器件， 一般为位置感应器，可以感应到测量管的振 动幅值，并转换为电信号，从而可以获得测量管的振动幅度的电信号数据曲线；
所述激振器，用于激振测量管，使测量管与波纹管组成质量弹簧系统，按照一定的频率 谐振，即使得测量管以质心为振动中心，绕质心进行横向角振动；
所述波纹管， 一种由合金钢制成的管材，具有横向和纵向弹性，将联接法兰和测量管连接在一起；
所述联接法兰，用于将整体流量计连接并固定到被测管路的装置；
单直管测量管(1)的两端各连接一波纹管(4)，各波纹管(4)的另两端分别连接两个 联接法兰(5)，联接法兰再通过眹接螺栓(7)分别与两端的被测流体的输送管道(6)连接;
检测器(2)安装在单直管测量管(1)外的中心处，距离单直管测量管(1)中心处的外 管壁3 5毫米；激振器(3)安装在单直管测量管(1)外的一端，距离单直管测量管(1)
一端处的外管壁3 5毫米；且检测器(2)、单直管测量管(1)和激振器(3)三者均安装在 同一平面内。
利用本发明进行质量流量测量使用的步骤为
(1) 连接安装流量计，检査密封完好。
(2) 设定本发明单直管科氏质量流量计中的激振器(3)的激振频率为系统第二阶固有 频率；
(3) 打开被测流体的输送管道(6)阀门，使水满载流过测量管内。
(4) 待系统稳定后，由检测器(2)测得测量管中心振动幅值(示波器中显示为电信号)。
(5) 对应系统已经标定的数据，进行插值或从标定的列表中可得即可得流体的流量值。 测量时的振动状态和测量原理由弹性波纹管和刚性测量管构成流量计质量弹簧系统，
在垂直平面内(或任意方向的的轴平面内)测量管具有绕质心横向转动和沿着管的径向移动2 个自由度，这时系统有两个固有频率，第一固有频率为测量管沿着管的径向做谐振，第二固 有频率为绕质心横向转动做角振动谐振。当激振器在垂直平面内(或任意方向的的轴平面内) 启动激励时，将驱动测量管绕着质心进行角振动，调节激振频率，使得其与流量计质量弹簧 系统的第二固有频率相等。
当被测流体通过单直管科氏质量流量计时，即由于测量管的角振动，管内的液体产生科 氏力，力的方向与测量管的径向方向始终相同(即与测量管的轴线始终垂直)，且科氏力随着 时间变化时，其频率与相位与激振力基本相同(忽略次要因素)，而科氏力的大小与流量成正 比关系，使得测量管的沿其径向的振幅也与流量成正比例关系，对测量管的径向振幅的电信 号与流量进行标定，就可以实现流量值的测定。
有益效果新型单直管科氏质量流量计采用了新的测量实现原理，因为基于测量原理中 对管材的要求条件较低(甚至可以采用非金属管材等)，所以扩大了振动管的选材范围，降低 了制造成本；采用与测量管相比刚性较小波纹管来连接振动管与工作台，对工作台的影响较 小，使得系统提高测量灵敏度的同时，降低了对工作台的减振要求，从而减少了流量计的整 体体积；采用了单直管型式，因此又具备直管型测量管的优点。
图l是本发明结构示意图。图2是本发明测量实验现场图。 图3是波纹管外形图。
具体实施方式
下面结合实施例说明本发明。图l是本发明结构示意图。其中，l为单直管测量管，2为检测器，3为激振器，4为波 纹管，5为联接法兰，6为被测流体的输送管道，7为联接螺栓。单直管测量管(1)的两端 各连接一波纹管(4)，各波纹管(4)的另两端分别连接两个联接法兰(5)，联接法兰再通过 联接螺栓(7)各与被测流体的输送管道(6)连接。检测器(2)安装在单直管测量管(1) 外的中心处，距离测量管中心处的外管壁3 5毫米；激振器(3)安装在单直管测量管(1) 外的一端，距离单直管测量管(1) 一端处的外管壁3 5毫米；且检测器(2)、单直管测量 管(1)和激振器(3)三者均安装在同一平面内。图2是本发明测量实验现场示意图。图3为波纹管外形。利用本发明进行质量流量测量 的步骤为-(1) 连接安装单所述直管科氏质量流量计；检查密封完好；(2) 设定所述本发明单直管科氏质量流量计中的激振器(3)的激振频率为系统第二阶 固有频率；(3) 打开被测流体的输送管道(6)阀门，使待测流体流过测量管；(4) 待单直管科氏质量流量计稳定后，从检测器(2)的示波器中得到电信号测得测量管中心振动幅值；(5) 对应单直管科氏质量流量计标定的数据，进行插值或从标定的列表中即可得流体的 质量流量。实施例一，标定实验本发明首次使用前的标定方法和过程。如图2所示，实验参数激振信号幅值为10V;功放放大倍数7;激振线圈距离磁铁片3mm 左右；位移传感器探头距离铜片3mra左右。在管道内部充满静止水情况下，扫频激振。得到系统振型第一固有频率为78Hz，系统 第二固有频率为138Hz，测量管的中心(即质心)振动幅值通过电信号来体现为12mv。实验步骤(1) 安装固定好流量计。将流量计的两端法兰与被测水管相接，用螺栓固定，检査密封 情况是否良好。(2) 启动激振器，激振频率为138Hz。(3) 打开被测管道阀门，使水满载流过测量管内。则可以从连接到位移传感器的示波器 中读得测量管中心(即质心)沿测量管径向的振动频率为138Hz，振动幅值则通过电信号来体现，单位为mv。4次改变流量，对应的测量数据如下(其中的流量值为从流体实验台中直接读出):a) 流量lb) 流量2c) 流量3d) 流量4e) 流量5(0.000 kg /s)，(0.539 kg /s)，测量管中心振动频萄 (0.751 kg /s)，测量管中心振动频芎 (1.090 kg /s)，测量管中心振动频萄 (4)利用(3)中测定的流量与振动幅值作为标定好的数据，即可进一步获得管内被测 流体水的流量值。138Hz，幅值12mv138Hz，幅值112mv138Hz，幅值178mv138Hz，幅值268mv138Hz，幅值375mv实施例二，测试例利用本发明来测某流体实验台水管内的质量流量。在标定实验做好的基础上，启动激振器的开关，设定系统的激振频率为系统第二阶固有 频率，当被测流体满载通过流量计测量管时，待系统稳定后，读取检测器的数值即可实现测量。实验步骤(1) 连接安装流量计，检查密封完好。(2) 调整流量计激振器(3)的激振频率为138Hz。(3) 打开被测流体的输送管道(6)的阀门，使水满载流过测量管内。(4) 测得测量管中心振动幅值，即从检测器的示波器中得到电信号218mv(5) 由实例l中的步骤(3)的数据组，进行插值可得被测流体的流量为O. 634 kg /s。 以上，即是利用本发明进行测量的方法。重复再现测量质量流量，就可测定任何测量范围内的流体流量。达到了通过测量测量管的幅值变化即可知道流量的目的。
权利要求
1、单直管科氏质量流量计，其特征在于，该质量流量计包括单直管测量管(1)，检测器(2)，激振器(3)，波纹管(4)，联接法兰(5)，被测流体的输送管道(6)，联接螺栓(7)，单直管测量管(1)的两端各连接一波纹管(4)，各波纹管(4)的另两端分别连接两个联接法兰(5)，联接法兰各自再通过联接螺栓(7)各与被测流体的输送管道(6)连接；检测器(2)安装在单直管测量管(1)外的中心处；激振器(3)安装在单直管测量管(1)外的一端；且检测器(2)、单直管测量管(1)和激振器(3)三者均安装在同一平面内。
2、 根据权利要求l所述的单直管科氏质量流量计，其特征在于，所述检测器(2)安装在 距离单直管测量管(1)中心处的外管壁3 5毫米；所述激振器(3)安装在距离单直管测量 管(1) 一端处的外管壁3 5毫米。
3、 根据权利要求1或2所述的单直管科氏质量流量计，其特征在于，所述检测器为位置感 应器。
4、 一种单直管科氏质量流量计质量流量测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1) 连接安装所述单直管科氏质量流量计；检查密封完好；(2) 设定所述本发明单直管科氏质量流量计中的激振器(3)的激振频率为系统第二阶 固有频率；(3) 打开被测流体的输送管道(6)阀门，使待测流体流过测量管；(4) 待单直管科氏质量流量计稳定后，从示波器中得到电信号测得测量管中心振动幅值;(5) 对应单直管科氏质量流量计标定的数据，进行插值或从标定的列表中即可得流体的 质量流量。
全文摘要
本发明涉及一种科氏质量流量计，属于测试计量仪器技术领域。包括测量管(1)，检测器(2)，激振器(3)，波纹管(4)，联接法兰(5)，被测流体的输送管道(6)，联接螺栓(7)，测量管(1)的两端各连接波纹管(4)，各波纹管(4)的另两端分别连接两个联接法兰(5)，联接法兰再通过联接螺栓(7)各与被测流体的输送管道(6)连接；检测器(2)与激振器(3)分别安装在距离测量管(1)的中心处和一端的外管壁3～5毫米处，且三者同平面。安装本发明；设定激振频率为系统第二阶固有频率；由测量管满载时的中心振幅值插值，即得流体质量流量。本发明扩大测量管的选材范围，降低成本；减少整体体积；减少流体压力损失。
文档编号G01F1/84GK101221059SQ20071017579
公开日2008年7月16日 申请日期2007年10月12日 优先权日2007年10月12日
发明者张小章, 徐伟国 申请人:清华大学